Очистка дымовых газов на тэц реферат

Обновлено: 07.07.2024

Методы очистки дымовых газов в современной промышленности

Источники дымовых выбросов

Основные и вспомогательные техпроцессы многих промышленных сфер связаны с нагревом, пиролизом или сжиганием сырья.

Следует отметить, что все без исключения дымы являются токсичными сложными средами, состоящими – в разных пропорциях – из твердых (зола, сажа, копоть, металлы), газообразных (оксиды серы, окислы азота, сероводород и др.) и аэрозольных (масла, смолы, кетоны, альдегиды) компонентов.

Опасность дымов обусловлена высокотемпературным распадом сложных соединений, в результате чего образуются менее комплексные, но более химически активные и, соответственно, биотоксичные конгломераты.

Обозначим основных генераторов дымовых выбросов:

Энергетический сектор – котельные, ТЭЦ, ТЭС, ГРЭС и другие объекты энергетики;
Металлургия – черная и цветная ;
Производство строительных материалов и смесей, полимеров (цемент, кирпич, синтетические материалы);
Нефтегазопереработка, нефтехимия ;
Мусоросжигание , термическая утилизация ТБО, промышленных, медицинских отходов.

Состав дымовых газов

Несмотря на название, под очисткой дымовых газов, как правило понимается улавливание или нейтрализация не только газообразных составляющих, но и микроаэрозольных и твердофракционных выбросов.

Компонентный состав дымов разнится от индустрии к индустрии, но, тем не менее, наличие некоторых соединений присуще практически всем дымопотокам.

Авария с выбросом диоксида азота – именно NO2 придает дымовых эмиссиям оранжевый или бурый цвет, т.н. лисий хвост

В других отраслях к этой, и без того зловещей, гамме загрязнителей могут присоединяться еще более коварные компаньоны.

Очистка дыма от золы

Наиболее очевидным – и наименее опасным – компонентом дымовых выбросов является твердая фракция – зола, сажа, копоть, пепел.

Так или иначе, очистка выбросов от золы может проводиться любым пылеуловителем , способным на обработку высокотемпературных газопотоков: от вихревого циклона до рукавного фильтра (обычно, с предварительным охлаждением среды) и мокрого скруббера, (что наиболее предпочтительно).

Подробнее об особенностях работы и эффективности золоуловителей и газоочистителей читайте ниже на этой странице.

Очистка выбросов от оксидов азота и оксидов серы

Важными, с точки зрения удаления из дымовых выбросов, являются такие соединения как оксиды серы (диоксид серы) и окислы азота (диоксид азота), и тому есть причины.

SO2 и NO2 – высокоактивные кислые компоненты, которые охотно взаимодействуют с атмосферной влагой, приводя к образованию серной и азотной кислоты соответственно.

Наверное, о вреде кислотных дождей для флоры, фауны и человека рассказывать не нужно.

Что касается особенностей очистки дыма от окислов азота и серы, то, как правило, всегда стоит задача одновременного удаления SOx и NOx, поскольку в дымовых эмиссиях они всегда идут вместе.

Наиболее рациональный способ нейтрализации оксидов серы и оксидов азота в дымах – это использование в качестве основной ступени газоочистки мокрых жидкостных фильтров – скрубберов / абсорберов:

Жидкостные фильтры (скрубберы и абсорберы), в отличие от установок сухого типа, отличаются исключительной результативностью в процессинге горячих дымовых сред;
Загрузка в циркуляционный контур специфических (для того или иного дыма) абсорбентов позволяет достигать средней эффективности в 99%, (в том числе, для дымопотоков исключительной химической токсичности и агрессивности);
Скрубберы идеально показывают себя и в качестве золоуловителей, являясь, таким образом УНИВЕРСАЛЬНЫМИ установками для очищения дымовых выбросов от газодымовых и твердофракционных загрязнителей.

Рассмотрим хемосорбционный захват окислов серы и оксидов азота в мокрых скрубберах с щелочным абсорбентом (на примере водного слабощелочного раствора едкого кали KOH):

NO2 + KOH → KNO3 + KNO2 + H2O (количественные пропорции нитратов /нитритов KNO3 и KNO2 зависят от насыщенности абсорбента)

SO2 + KOH → K2SO3 + H2O (сульфит калия и вода).

Как видно, одним, (но не единственным), щелочным раствором KOH можно эффективно "убивать двух зайцев" – хемосорбировать SO2 и NO2, получая безопасные водные растворы твердых азотистых и сернистых соединений, (которые после дегидрирования скрубберных шламов могут быть выгодно утилизированы).

Установки и системы очистки дымовых газов

Рассмотрим фильтры и установки, которые, в той или иной мере используются для очистки дымовых выбросов.

Циклоны для дымовых газов

Сухие циклоны (подробнее по ссылке) являются самым простым типом центробежных вихревых пылеуловителей, показывающих хорошую результативность в захвате механических частиц средней и крупной дисперсности.

Разумеется, сама конструкция полого вихревого циклона, не содержащая никакого фильтрующего функтора, по умолчанию не способна оказывать какое-бы то ни было воздействие на дымовые газы.

Тем не менее, циклонные золоуловители демонстрируют некоторую эффективность в отношении захвата зольных, ( но не газовых ), выбросов, особенно, когда речь идет о т.н. мультициклонных или батарейных исполнениях .

Следует заметить, что циклоны могут быть и мокрыми – их отличие от сухих аналогов заключается в наличии распылительного блока, орошающего рабочую камеру абсорбентом или водой.

Электрофильтры

Для очистки микродисперсных твердых дымовых включений ограничено используют и электрофильтры . Почему ограничено?

Потому что промышленные электрофильтры имеют несколько критических особенностей:

Скрубберы

Максимально эффективными установками для дымоочистки в плане одновременного улавливания золы и горячих дымовых газов, (в том числе, кислых и экстремально токсичных) являются мокрые фильтры – скрубберы и абсорберы.

Быстрая информация о скрубберных фильтрах

Несколько исполнений этого класса аппаратов позволяют наиболее точно удовлетворить требованиям того или иного участка, генерирующего высокотемпературные дымопотоки. Вкратце коснемся назначения и особенностей работы скрубберов (Вы можете кликнуть по голубым ссылкам и перейти на советующую скрубберу аппарату страницу).

Скруббер Вентури

Скруббер Вентури – инжекторный высокоскоростной скруббер, утилизирующий принцип разгона среды в т.н. трубке Вентури .

Разогнанный до огромной скорости дымопоток попадает в секцию орошения, где он разбивает диспергируемую жидкость в ультрамикродисперсный туман, в котором происходит эффективное задержание нежелательных примесей.

Обзор характеристик и особенностей скруббера Вентури

Особенность скруббера Вентури заключается в его способности исключительно эффективно улавливать маслянистые и смолянистые, а также другие липкие и цементирующиеся компоненты дымопотока.

Пенный абсорбер

Пенный (барботажный) фильтр является наиболее универсальной установкой для очистки дымовых газов котелен и других агрегатов для сжигания или пиролиза сырья.

Презентация пенного абсорбера от представителя "ПЗГО"

Задержание дымовых включений происходит в самоподдерживающемся слое пены, образующейся из подаваемого на перфорированные поддоны абсорбента в результате прохождения дымопотока через перфорационные отверстия в поддонах-барботерах.

Аппарат относится к классу химических газоочистителей и способен на обеззараживание концентрированных опасных дымов.

Скруббер с кипящим слоем

Скруббер с кипящим слоем (с подвижной насадкой) предназначен для очищения таких дымовых (и пылевых) выбросов, которые обильно загрязнены механическим партикулятом.

Результативность нейтрализации даже наиболее концентрированных потоков обеспечивается т.н. псевдоожиженным слоем , который создается в аппарате в результате тонкого уравновешивания давлений входящей среды и сопротивления рабочего контура аппарата. Массив полых полипропиленовых шаров начинает вести себя подобно жидкости, создавая зону максимально активного контакта.

Насадочные абсорберы и адсорбционные фильтры

Насадочные абсорберы не относятся к дымоочистителям напрямую, но именно они, в качестве ключевого звена газоочистной системы, позволяют мокрым способом обеззараживать газопотоки экстремальной химической активности на хемосорбционном базисе.

Сухие адсорбционные фильтры тоже неспособны на безусловную деактивацию дымов, но установленные после золоуловителя, показывают почти 100% КПД в улавливании наиболее токсичных соединений.

И аб сорбционные, и ад сорбционные колонны часто используются в качестве финальных ступеней тонкой очистки газов от остаточных количеств опасных дымокомпонентов.

Все фильтры и системы очистки дымовых газов, изготавливаемые на нашем заводе, обладают нижеследующим перечнем преимуществ:

Точное технологическое и экономическое соответствие типа и вида оборудования Вашим производственным потребностям;
Объемы обрабатываемой среды – от десятков м3/час до сотен тысяч м3/час ;
Средний КПД улавливания зольных и газовых включений ≈ 99% ;
Возможность обезвреживания дымов экстремальной токсичности и зловонности;
Температурный режим – до +900 Градусов Цельсия , охлаждение и увлажнение потока;
Низкое сопротивление аппаратов и систем;
Широкая комплектность поставки, включающая полный перечень вспомогательного и сопутствующего оборудования для быстрого ввода дымоочистителей и золоуловителей в эксплуатацию;
Надежность, безотказность, долговечность, экономичность работы;
Высокая ценовая доступность даже для средних и малых промышленных участков.

Заказ, изготовление и внедрение дымоочистителей и золоуловителей

По любым вопросам, касающимся изготовления и приобретения фильтров очистки газов на базе мокрых и сухих аппаратов, пожалуйста, обращайтесь к нам через контакты нашего официального сайта или заполняйте удобную Анкету Заказчика .

Быстро произведем и доставим оборудование до любой точки России, СНГ, Европы и Азии. Осуществим монтаж или шефмонтаж. Обучим штат. Полная документация. Гарантия.

В зависимости от мощности ТЭС, зольности топлива, физико-химических свойств золы, санитарно-гигиенических условий в районе расположения электростанций выбирается тип золоуловителей. На выбор типа золоуловителей может повлиять и использование золы.
К основным требованиям, предъявляемым к системам золоулавливания, относятся высокая эффективность и эксплуатационная надежность.
На ТЭС применяются три типа золоуловителей:
аппараты сухой инерционной очистки газов (жалюзийные золоуловители, циклоны, прямоточные циклоны, батарейные циклоны):
аппараты мокрой очистки газов:
электрофильтры.

Содержание работы

1. Типы и характеристики золоуловителей
2. Циклонные золоуловители.
3. Прочие инерционные золоулавители
3.1 Жалюзийные пылеуловители;
3.2 Вихревые пылеуловители;
3.3 Отражательные инерционные пылеуловители;
3.4 Ротационные пылеуловители.
4. Мокрые золоуловители
5. Электрофильтры

Файлы: 1 файл

Золоулавливание.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

(ФГБОУ ВПО ЗабГУ)

Кафедра Тепловые электрические станции

Выполнил: ст-т гр. ТЭСм-12

Проверила: Морозова М.А.

1. Типы и характеристики золоуловителей

2. Циклонные золоуловители.

3. Прочие инерционные золоулавители

3.1 Жалюзийные пылеуловители;

3.2 Вихревые пылеуловители;

3.3 Отражательные инерционные пылеуловители;

3.4 Ротационные пылеуловители.

4. Мокрые золоуловители

1.Типы и характеристики золоуловителей

К основным требованиям, предъявляемым к системам золоулавливания, относятся высокая эффективность и эксплуатационная надежность.

На ТЭС применяются три типа золоуловителей:

аппараты сухой инерционной очистки газов (жалюзийные золоуловители, циклоны, прямоточные циклоны, батарейные циклоны):
аппараты мокрой очистки газов:
электрофильтры.

Фильтры, в которых используются пористые среды для очистки газов от твердых частиц (волокнистые, тканевые или рукавные, зернистые), не нашли широкого распространения из-за очень больших габаритов и повышенной сложности в эксплуатации. Основная сложность заключается в накоплении золы в фильтрующем материале, что требует его периодической регенерации. Основное достоинство таких фильтров заключается в очень высокой степени очистки газов от пыли или золы, превышающей 99,9%.

Каждый тип золоуловителя рассчитан на определенные условия работы. К ним относятся допустимая температура уходящих газов, возможность размещения на открытом воздухе и восприятия нагрузок от подводящих газоходов и площадок обслуживания, наличие необходимого количества воды для мокрых золоуловителей, система транспорта и использования золы. При выборе типа золоуловителя следует сделать наброски возможных схем газоочистки и провести вариантные расчеты для выбора оптимальной из них по ожидаемой эффективности, капитальным и эксплуатационным затратам, компоновке оборудования и т. д.

Золоуловители всегда устанавливают перед дымососами по ходу дымовых газов для предохранения последних от абразивного износа. При двухступенчатой системе золоулавливания возможна установка дымососов между золоуловителями (в рассечку).

Решение об установке золоуловителей внутри или вне зданий принимается в зависимости от климатических условий и типа аппаратов. Наиболее сложные по конструкционному оформлению газоочистные аппараты - электрофильтры - устанавливаются вне зданий. Для защиты изоляторных коробок от осадков и облегчения условий их обслуживания верх электрофильтра закрывается шатром или специальной кровлей. Подбункерное пространство электрофильтров также укрывается легкими материалами.

Степень улавливания золы в золоуловителях колеблется в зависимости от свойств золы и условий эксплуатации в широких пределах. Так, степень улавливания h электрофильтров составляет 96…99,9; мокрых золоуловителей 92…96; батарейных циклонов 82…90%.

Газоочистительные установки, как правило, не дают прибыли. Возможность использовать уловленный продукт обычно лишь частично окупает их сооружение. Поэтому технико-экономическая оценка газоочистных сооружений строится в основном на базе сравнительных данных. Сравнение аналога с оцениваемым вариантом производится но капитальным вложениям, численности обслуживающего персонала, производительности груда, эксплуатационным затратам, уровню приведенных затрат.

а – принципиальная схема циклона; б – элемент батарейного циклона БЦУ типа “Энергоуголь”; в – батарейный циклон; 1 – входной патрубок запыленного газа; 2 – циклонный элемент; 3 – трубные доски; 4 – выходной патрубок очищенного газа; 5 – бункер для золы

В настоящее время циклоны устанавливаются на котлах паропроизводительностью до 500 т/ч. Причем для повышения эффективности применяются батарейные циклоны, составленные из циклопов малого диаметра, обычно около 250 мм. Гидравлическое сопротивление батарейных циклонов составляет около 500…700 Па.

В качестве элемента батарейных циклонов используется большое число модификаций:

с аксиальным подводом газа и лопаточными завихрителями;
с тангенциальным подводом газа;
прямоточные;
др.

В маркировке циклонов содержатся основные данные по типоразмерам, например, 4´14´m означает 4-ех секционный аппарат с 14-ю элементами в глубину с m элементами по ширине (их может быть от 7 до 24).

Положительный опыт длительной эксплуатации батарейных циклонов на многих электростанциях позволяет рекомендовать их для ряда случаев, в частности для очистки:

дымовых газов от золы при сжигании малозольных топлив, главным образом – бурых углей;
рециркуляционых газов котлов от золы с целью защиты дымососов системы рециркуляции от износа;
сушильного агента от невзрывоопасной угольной пыли, например марок АШ, в системах подготовки топлива.

3. Прочие инерционные золоуловители

Не так широко, как циклоны или батарейные циклоны применяются на ТЭС другие типы инерционных золоуловителей. Однако, в промышленной теплоэнергетике, металлургии, нефтегазовой промышленности, деревообрабатывающем производстве и некоторых других семейство циклонных пылеуловители представлено достаточно разнообразно. К ним относят:

жалюзийные пылеуловители;
вихревые пылеуловители;
отражательные инерционные пылеуловители;
ротационные пылеуловители.

Кроме того, для улавливания частиц размером от 100 до 1000 мкм применяют также осадительные камеры.

3.1 Жалюзийные пылеуловители

Жалюзийные пылеуловители - это аппараты для очистки газов от пыли инерционного действия. Движущийся в газопроводе запыленный поток встречается с жалюзийной решеткой, состоящей из ряда наклонно установленных пластин, рис.5.

Огибая пластины, струи газа резко меняют направление движения, проходят на другую сторону решетки и движутся в прежнем направлении. Частицы пыли, встречаясь с пластинами решетки, стремятся по инерции сохранить первоначальное направление движения, не огибают пластину, а ударяются о ее поверхность и отражаются в сторону, противоположную движению газов. Затем опять поворачивают по направлению газового потока, ударяются о следующую по ходу газов пластину и т.д. В результате газы, прошедшие через решетку, очищаются, а газы, оставшиеся по другую сторону решетки, обогащаются пылью. Эта часть газового потока (около 10% газов) направляется для окончательной очистки в другой пылеуловитель - циклон.

Жалюзийный пылеуловитель применяют для улавливания пыли размером >20 мкм.

Схема действия жалюзийного пылеуловителя

3.2 Вихревые пылеуловители

Вихревые пылеуловители (ВПУ) - это аппараты центробежного действия для очистки газов от пыли. Отличительная особенность ВПУ - высокая степень очистки газов от тончайших фракций (

Как уже отмечалось выше, дымовые газы являются основным источником загрязнения от действия ТЭС. Содержание вредных веществ в них определяет не только состояние атмосферы, но во многом и состояние почвы и водного бассейна, влияет на жизнь флоры и фауны и, конечно, человека. Именно через атмосферные выбросы вокруг городов Ачинска, Назарово, Канска сложились ареалы техногенного изменения окружающей среды диаметром до 20. 30 км, где сильно нарушена структура почв, растительности, био- и микроценозов [60]. Особенно тяжелая ситуация сложилась в крупных промышленных центрах Сибири. В г. Ачинске, например, только глиноземный комбинат выбрасывает в атмосферу ежегодно около 160 тыс. т пыли, 22 тыс. т сернистого газа, 14,5 тыс. т оксидов азота. Аналогичная обстановка и в Новокузнецке, Назарово, Прокопьевске, Кемерово и ряде других городов [60, 65, 92].

Из всей гаммы токсичных веществ, находящихся в дымовых газах, наибольшую опасность представляют зола, двуокись серы (SO₂) и окислы азота (NO_Х). Выбросы именно этих веществ регламентируются жесткими нормами (Лекция№1, табл.1).

Существуют разные способы и системы очистки дымовых газов. Часто (для золы всегда) это аппараты, устанавливаемые после конвективных поверхностей нагрева котлов.

2.2 Выбросы золы и очистка от них

Зола представляет из себя твердые частицы негорючих элементов угля. В основном - это оксиды кремния (SiO₂), железа (Fe₂O₃), алюминия (Аl₂O₃), магния (MgO), кальция (СаО), серы (SO₃) и некоторые другие, в том числе незначительное количество мышьяка и тяжелых металлов (свинец, ванадий, хром, цинк). Для разных углей элементарный состав золы может значительно отличаться друг от друга. Например, в КАУ (в отличие от каменных углей Кузнецкого бассейна) окись кальция является одним из основных компонентов, но даже и для КАУ содержание СаО колеблется от 26 до 42,5% в зависимости от месторождения и разреза [88].

Однако, основной параметр, характеризующий золовые частицы - это их размеры или дисперсность. Они колеблются в широких пределах - от десятых и сотых долей микрона до 100 мкм и более, и зависят от способа сжигания.

Следует отметить, что наибольшую опасность для человека представляют частицы размером 0,5. 5 мкм, более крупные задерживаются в полости носа, более мелкие - выдыхаются. Содержание именно этого диапазона частиц в приземном слое атмосферы способствует возникновению у человека болезненных симптомов, вплоть до повышения смертности, (табл.1.4).

Аппараты золоочистки, точнее - уловители аэрозолей, и диапазон размеров улавливаемых ими частиц показан на рисунке 1.

Кроме представленных на рисунке, существует ряд перспективных пылеулавливающих устройств. К ним относятся: конденсационный пылеуловитель, в котором применены два механизма осаждения (во-первых, укрупнение частиц при конденсации на них паров из парогазовой смеси путем смешения очищаемых газов с паром, во вторых - частицы (при охлаждении парогазовой смеси) захватываются потоком пара, диффундирующим к центрам конденсации (каплям охлаждающей жидкости) или охлаждающим поверхностям. Таким способом можно осадить даже субмикронные частицы.

В другой установке водо-инерционного типа на орошение подается вода под давлением 240 бар с температурой около 205 О С. Распыливаясь через сопло, она образует двухфазную среду: пар - жидкие капли, при этом капли разгоняются до 300 м/с, и, благодаря инерции, на них осаждаются частицы, в том числе и размером менее 1 мкм [15]. Перспективной сухой золоочисткой являются роторные зернистые фильтры. Они предназначены для очистки газов с температурами до 300 О С от неслипаемой и слабослипаемой пыли. В качестве зернистого материала используются керамические и стеклянные шарики, крупнозернистый песок, отсевы щебенки и т.п. КПД такого фильтра может составлять 95. 99,8% в зависимости от концентрации пыли в очищаемом газе, при этом концентрация пыли в очищенном газе не будет превышать 0,05. 0,1 г/м 3 [60].

Рис. 1. Аппараты для улавливания взвешенных частиц

В последнее время особое внимание уделяется возможностям золоуловителей подавлять окислы серы и азота путем ввода в орошающую воду разных добавок. В разных случаях (в зависимости от вида топлива, его качества, режима работы котла, типа присадок и способа их ввода и т.п.) можно снизить эти выбросы на 10. 20%. [23, 30, 78] Правда, при этом стенки золоуловителей, как правило, подвергаются либо коррозии, либо отложениям и для защиты от этого требуют гуммирования (покрытие эластичным материалом). В этом случае, например, обычный циклон или циклон Вентури превращается в сложную и дорогую установку [78], при этом продукты, полученные в результате подавления, вместе с золой попадают в отвал, увеличивается щелочность или кислотность воды (для гидрозолоудаления) и, в целом, увеличивается вредное воздействие отвала на среду.

2.3 Методы химической очистки дымовых газов Выбросы серы и очистка от них

Твердое топливо может содержать серу в следующих формах: колчедана Fe₂S и пирита FeS₂ в составе молекул органической части топлива и в виде сульфатов в минеральной части. Соединения серы в результате горения превращаются в оксиды серы, причем около 99% составляет сернистый ангидрид SO₂, остальная часть выделяется в виде триоксида серы SO₃ либо сульфатов СаSO₄.

Наиболее распространенными методами сероочистки являются следующие:

· мокрый известняковый (известковый) способ [23, 34, 95, 101,103];

· мокро-сухой способ [6, 30, 34];

· магнезитовый циклический способ [10, 33];

· аммиачно-циклический способ [7, 78];

· сухой известняковый (аддитивный) способ [27, 34].

В их основе лежит использование реагента для связывания оксидов серы. В качестве такого вещества чаще всего выступает известняк СаСО₃ (карбонат кальция) или известь Са(ОН)₂ (гидрат оксида кальция), так как они являются наиболее дешевыми щелочными реагентами. КПД сероподавления лежит в пределах 80. 90% при разнице в затратах для “мокрых” способов (с учетом эксплуатационных издержек) на уровне 20% [10].

При относительно равных возможностях сероподавления и равных затратах на производство и эксплуатацию вид, сероочистки должен определяться как свойствами используемого угля, так и свойствами его золы. Для КАУ, например, при высоком содержании Са в золе, неприемлемы “мокрые” способы сероподавления из-за образования в аппаратах сероочистки трудноудаляемых отложений гипса. В то же время, “сухой” известняковый способ является наиболее простым и требует минимальных капиталовложений.

Сущность способа заключается в добавлении к сжигаемому топливу известняка или доломита в количестве, примерно в два раза превышающем стехиометрически содержание серы в исходном топливе. В топке под воздействием температуры известняк диссоциирует на углекислоту и оксид кальция, а последний взаимодействует с сернистым ангидридом:

В результате образуется сульфат кальция, который вместе с золой улавливается в золоуловителях. В канадской энергосистеме ONTARIO HYDRO на основе этого способа разработана технология SONOX [27] для одновременного снижения выбросов окислов серы и азота при КПД сероподавления - 80%, азотоподавления - 90%.

Выбросы азота и очистка от них

Источником оксидов азота на ТЭС является молекулярный азот воздуха и азотосодержащие компоненты топлива. Первые часто называют "термические", вторые - "топливные" оксиды азота.

Совокупность явлений, происходящих при окислении азота воздуха, может быть описана на основании теории Н.Н.Семенова - Я.Б.Зельдовича - Д.А.Франк-Каменецкого [59, 106]. Условием окисления азота воздуха является диссоциация молекулы кислорода воздуха под действием высоких температур (более 1473 К), идущая с поглощением теплоты:

Атомарный кислород реагирует с молекулой азота, а образовавшийся в результате эндотермической реакции атомарный азот вступает в экзотермическую реакцию с молекулярным кислородом:

В последние 5. 8 лет вопросам образования оксидов азота уделялось большое внимание [29, 49, 53, 55, 59, 78, 86, 132]. Кроме “топливных” и “термических” оксидов в зоне температур ниже 1800 К (за пределами ядра факела) образуются “быстрые” оксиды азота. Их содержание во многом определяет минимальный выход оксида азота в зоне горения 99. “Топливные” оксиды образуются на начальном участке факела при температурах около 1000 К. При этом, относительно большое влияние “топливных” оксидов азота имеет место в котлах малой мощности, для которых температуры в ядре факела невысоки и образование “термических” оксидов по этой причине незначительно.

Методы химической очистки газов от NO_Х бывают:

· окислительные, основанные на окислении оксида азота в диоксид с последующим поглощением различными поглотителями;

· восстановительные, основанные на восстановлении оксида азота до азота и кислорода с применением катализаторов;

· сорбционные, основанные на поглощении оксидов азота различными сорбентами (цеолитами, торфом, коксом, водными растворами щелочей и др.).

Применительно к очистке дымовых газов котлов наиболее перспективны восстановительные методы. Один из них - метод восстановления с помощью аммиака. Этот метод основан на взаимодействии аммиака с оксидами азота при определенных температурах по следующим основным реакциям:

При высоких температурах (900. 1100 О С) они протекают без катализаторов. Дозирование аммиака осуществляется в зависимости от режимов работы котла, чтобы исключить его проскок в атмосферу (на практике полностью исключить проскок аммиака не удается и он может составлять 3,8 мг/м 3 [25]). При более низких температурах (573. 723 К) реакция разложения оксидов азота протекает только в присутствии катализатора. В качестве катализаторов используются оксиды различных металлов (титан, хром, ванадий). Они наносятся на элементы с развитой поверхностью, выполненные в виде сот, гранул или пластин.

В связи с опасностью использования аммиака (высокая токсичность), и необходимостью специальных мер защиты персонала, за рубежом, в частности в Германии [25], проходят промышленные испытания установки с использованием вместо аммиака карбамида, по другому мочевины (NH₂)₂СО. Степень восстановления оксидов азота достигает 80. 90%.

Следует отметить, что в последнее время наибольшее внимание уделяется таким методам, которые позволяют одновременно снижать выбросы не только оксидов азота, но и серы. В этом направлении изучаются возможности традиционных способов очистки и ведутся работы по созданию новых и в нашей стране и за рубежом.

Обобщая обзор по химическим методам очистки дымовых газов имеет смысл отметить присущие им недостатки, в связи с чем, они не могут считаться безусловно перспективными:

· сложность, а подчас и громоздкость агрегатов, так как, почти во всех случаях, химическая очистка - это сложное производство, требующее не только специального оборудования, но и специальной квалификации обслуживающего персонала;

· высокая агрессивность рабочих сред и, как следствие, коррозионно-эррозионный износ даже легированных сталей марок Х15, Х18Н10Т, Х17Н13М2Т и т.п.;

· наличие трудноудаляемых отложений в трубках, тройниках, коленах, переходах и т.п.;

· ненадежная работа арматуры;

· по вышеназванным причинам, ненадежная работа установок в целом;

Следует отметить, что утилизация выбросов дымовых газов в виде серной и азотной кислот, аммонийных удобрений ((NH₄)₂ SO₄ - сульфат аммония и NH₄NO₃ - аммиачная селитра), гипса или других продуктов не может рассматриваться как безусловное достоинство современных методов очистки еще и по экономическим причинам, кроме вышеперечисленных. Достоинством, скорее, является возможность такой утилизации.

В условиях роста потребления твердых ископаемых топлив, по комплексу экономических, технологических, экологических и физико-химических свойств, следует считать перспективным использование КАУ, в том числе и в крупных городах на ТЭЦ.

В условиях высокого загрязнения окружающей среды, сложившихся в крупных промышленных регионах, необходимо создание новых технологий сжигания угля удовлетворяющих жестким экологическим требованиям.

Химические методы очистки дымовых газов не могут считаться безусловно перспективными из-за большого количества недостатков.

Из-за высокого содержания в золе КАУ кальция (до 43% [88]), при использовании химических методов очистки дымовых газов от сернистого ангидрида, следует отдавать предпочтение “сухим” методам очистки.

Оптимальной золоочисткой для КАУ можно считать комбинацию циклона с электрофильтром, при условии, что КПД этих устройств обеспечит суммарный выброс аэрозолей £50 мг/м 3 .

Очистка выбросов котельных и ТЭЦ

На сегодняшний день, несмотря на ренессанс солнечной энергетики и других возобновляемых источников энергии, в целом по миру именно на ТЭЦ приходится основная масса выработки электроэнергии.

В РФ есть строгие требования для котельных, как по месту расположения (в зависимости от используемого топлива, котельная должна располагаться на расстоянии 10-200 метров от жилой зоны с подветренной стороны), так и по уровню очистки воздуха от дыма и запахов (существуют установленные законом уровни выброса пыли, сажи и различных химических соединений).

Для нарушителей порядка утилизации дымовых газов предусмотрены серьезные штрафы и дисциплинарные взыскания.

Основные типы загрязнений в выбросах котельных и ТЭЦ

Сажа и зола — остатки от сгорания органического топлива, в зависимости от типа топлива (каменный, древесный, сланцевый уголь, мазут, природный газ и т.д.) их количество может быть различным.

Разнообразные химические соединения— наиболее часто встречаются оксиды серы и азота, также попадаются соединения фтора, хлора, сероводород, угарный газ, а также тяжелые металлы.

Способы очистки выбросов ТЭЦ и котельных от пыли

Для очистки от загрязнения выбросов котельных и ТЭЦ используются мокрые или сухие золоуловители. Часто для достижения максимального эффекта используются несколько способов, образуя на ТЭЦ целые системы очистки и утилизации дымовых газов.

К сухим пылеуловителям относят:

1. Жалюзийные золоуловители — в основе работы таких аппаратов резкое изменение направления газового потока с помощью створок жалюзи. Тем самым, поток газа разделяется — частицы золы двигаясь по инерции ударяются о створки и отводятся в сторону, очищенный же газ выводится из рабочей камеры.

Внутри рабочей камеры такого золоуловителя находятся жалюзи, изготовленные из обычного листового металла, которые делят рабочую камеру на два отсека с загрязненным и чистым газом. Поток загрязненного воздуха подается в рабочую камеру со скоростью 12-16 метров в секунду.

Жалюзийные пылеуловители компактны, но пригодны лишь для первичной, грубой очистки газа от золы и пыли. Для более качественной очистки жалюзийные пылеуловители используются вместе с циклонами.

2. Циклоны — в основе работы используются инерционный и гравитационный способ очистки.

Циклон представляет из себя вертикальную камеру перевернутой конической формы. Загрязненный воздух поступает через патрубок, тангенциально расположенный в верхней части аппарата. Внутри рабочей камеры формируется поток газа, вращающийся вдоль стенок аппарата. В силу центробежной силы и силы тяжести частицы пыли выпадают из воздушного потока и собираются в бункере в нижней части аппарата. Очищенный воздух выводится через вертикально расположенную трубу в центр аппарата.

Циклоны обеспечивают уровень очистки котельного газа от 83 до 99% (зависит от размера частиц пыли и сажи в газе). Для повышения уровня очистки иногда используют несколько циклонов малого размера.

3. Электрофильтры — используют в основе работы электромагнитный эффект. Электрофильтры представляют из себя емкость, внутри которой расположены коронирующие и осадительные электроды. Поток загрязненного газа, проходя через коронирующие электроды, получает заряд. Проходя через осадительные электроды, заряженные частицы пыли и сажи оседают на электродах под действием их электрического поля. Чтобы электроды не забивались их периодически встряхивают.

Применение электрофильтров обеспечивает значительное снижение вредных выбросов из угольных печей и газовых котлов ТЭЦ — до 99,95%.

К мокрым способам очистки относят различные виды скрубберов, различающихся по конструкции. Но в любом скруббере используется один принцип работы — поток загрязненного газа смешивается с водой, после чего загрязненная вода под действием силы тяжести вытекает из рабочей камеры, а очищенный воздух выводится в атмосферу.

Основные типы конструкции скруббера:

Чаще всего для мокрой очистки газа на котельных и ТЭЦ используются скрубберы Вентури — именно они являются оптимальным вариантом по объему очищаемого газа, меньшему расходу воды (чем меньше воды используется при очистке, тем меньше образуется шлама, и тем самым меньше затраты на его утилизацию), степени очистки дымовых газов котельных и ТЭЦ (скруббер Вентури обеспечивает степень очистки до 95-96%), достаточную компактность.

Скруббер Вентури в своей работе использует следствие закон Бернулли, которое гласит, что с уменьшением сечения потока увеличивается его скорость.

Скруббер представляет из себя аппарат в форме песочных часов. Попадая в рабочую камеру поток загрязненного газа увеличивает свою скорость, достигая максимального значения в горловине, где он смешивается с потоком воды, и за счет эффекта турбулентности дробит воду на маленькие капли. Частицы пыли и сажи оседают на каплях воды. В расширяющейся камере скорость газового потока уменьшается, маленькие капли собираются в более крупные и под действием силы тяжести выводятся из аппарата. Очищенных же воздух выводится в атмосферу.

Способы очистки выбросов котельных и ТЭЦ от химических загрязнений

Для очистки выбросов от оксидов серы используются три метода: мокрая, сухая и мокросухая очистка.

Для очистки выбросов от оксидов азота используются селективное каталитическое и селективное некаталитическое восстановление.

Тяжелые металлы в большинстве случаев осаждаются на золе, поэтому очистка дымового газа от тяжелых металлов привязывается к эффективности золоулавливания (исключением являются пары ртути, в их случае применяются адсорбционные методы с использованием активированного угля).

Читайте также: