Реферат: Московский государственный открытый университет Научно-образовательный материал

Московский государственный открытый университет


Научно-образовательный материал


«Новые передовые экологически ориентированные технологии для создания экологически чистых тепловых электростанций»


Состав научно-образовательного коллектива:


Шевердяев О.Н., проф., д.т.н. – руководитель коллектива

Крынкина В.Н., доц., к.т.н.

Дроздова Т.Е., проф., к.б.н.



СОДЕРЖАНИЕ








Стр.

1.

Научно-образовательный материал «Новые передовые экологически ориентированные технологии для создания экологически чистых тепловых электростанций»







Введение


3

1.1




Основные источники вредных выбросов оксидов азота и серы, углекислого газа в атмосферу


4

1.2




Новые передовые экологически ориентированные технологии для снижения вредных выбросов оксидов азота и серы, углекислого газа и летучей золы на тепловых электростанциях


9




1.2.1

Технологии для снижения выбросов оксидов азота на угольных тепловых электростанциях


9




1.2.2

Технология для снижения выбросов оксида серы на угольных тепловых электростанциях


19




1.2.3

Технологии для улавливания углекислого газа на угольных тепловых электростанциях


29




1.2.4

Улавливание летучей золы (твердых частиц) на угольных тепловых электростанциях


30




1.2.5

Технология очистки дымовых газов мусоросжигающих котлов


34




Заключение


42




Список литературы


42



ВВЕДЕНИЕ


В настоящее время объем допустимого воздействия человека на биосферу превышен в 8 – 10 раз. Нарушен баланс между воздействием на природную среду и ее возможность к саморегулированию. В окружающую среду выбрасываются тысячи тонн веществ, которые ей совершенно не свойственны; накоплены миллиарды тонн твердых отходов, которые практически не перерабатываются, а складируются при этом зачастую на плодороднейших землях. Для установления равновесия в окружающей среде технологические процессы должны обеспечивать возврат исходного сырья путем утилизации производственных и бытовых отходов. В настоящее время проблема организации производства с переработкой отходов с последующей их утилизацией является наиболее актуальной, как с экологической, так и экономической точки зрения. При разработке новых технологических процессов необходимо уже на начальных стадиях оценить возможность ликвидации и утилизации, неизбежно возникающих отходов, которые по запасам и свойствам можно классифицировать, как техногенные месторождения

Важным условием природоохранной деятельности является объективная оценка тепловой электростанции как экологического фактора, воздействующего на окружающую среду и поэтому представляющей экологическую опасность. Одной из основных задач отечественной энергетики становится создание экологически чистой ТЭС, что потребует решения важных проблем: переработку и утилизацию золоотходов и их применение в композиционных материалах разного назначения; ограничение выбросов в атмосферу. Это в свою очередь потребует разработку и внедрение (интеграцию) новых передовых экологически ориентированных технологий и замену изношенного оборудования новым экологически усовершенствованным оборудованием. Важно отметить, что разработанные и внедренные технологии переработки золоотходов и очистки дымовых газов могут быть использованы практически всеми угольными ТЭС РФ.

Однако выполнение такой экологической программы с учетом требования экологического законодательства РФ для действующих и вновь вводимых предприятий потребует значительного объема дополнительных инвестиций.

Поэтому российской электроэнергетике необходимо решать экологические проблемы отрасли с учетом сложившихся в настоящее время условий и с пониманием того, что в течение 5-10 лет радикальное изменение технологии энергетического производства и полная замена существующего оборудования весьма проблематичны. В то же время экологически чистую ТЭС необходимо создавать в настоящее время. Экологически чистая ТЭС будет решать основную задачу – выработку тепловой и электрической энергии и не будет загрязнителем атмосферы.


Основные источники вредных выбросов оксидов азота и серы, углекислого газа в атмосферу

Известны основные источники токсичных выбросов в атмосферу:

ТЭЦ и котельные;

промышленные предприятия – химическая промышленность, производство полимерных материалов и изделий, металлургия, мебельные и др.;

дизельные установки (дизельные электростанции и генераторы, дизели судов и тепловозов, тяжелая горная техника);

выхлопные газы автомобилей.

В продуктах сгорания топлива (угля, нефти, газа, дров), в выбросах химических, нефтеперерабатывающих, металлургических заводов, автомобильного транспорта содержатся:

- оксиды азота (окись азота NO, диоксид азота NO2, закись азота N2O);

- углерод образует с кислородом диоксид углерода СО2 и окись углерода СО;

- диоксид серы (SO2);

- углеводороды (СхНу).

В продуктах сжигания хлорсодержащих продуктов содержатся диоксины


Cl O Cl

OO



Cl O Cl


Образующиеся диоксиды азота, серы, взаимодействуют с влагой воздуха и превращаются в кислоты:

а) 2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2

азотная азотистая

кислота кислота

3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO

4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3


Слабая азотная кислота постепенно разлагается с выделением монооксида NO и превращается в HNO3:

3HNO2 = HNO3 + 2NO+ H2O


Монооксид азота окисляется до NO2:

2NO + O2 = 2NO2


Диоксид азота разлагается под действием света (ионизирующих излучений) на монооксид азота и атомарный кислород, который с О2 воздуха образует азон:

NO2hv NO + O; O + O2 = O3


б) 2SO2 + O2 = 2SO3 ; SO3 + H2O = H2SO4

сернистый серный серная

ангидрид ангидрид кислота

Таким образом, появление в атмосфере диоксидов азота – NO2 и серы – SO2 приводит к образованию азотной и серной кислот, которые с дождями выпадают на землю («кислые дожди»). Если рН дождевой воды ≤ 5 ÷ 6 – она называется кислотной водой (при рН = 3 ÷ 4 – это столовый уксус).

в) Влияние хлорсодержащих соединений: озоновая оболочка химически неустойчива и может утончаться под действием фретнов - фторуглеродных соединений, например дифтордихлорметана CCl2F2:

фотодиссоциация

СCl2F2 под действием солнечного СClF2 + Cl

излучения h

Атомы хлора далее взаимодействуют с О3.

Толщина слоя озона, находящегося в атмосфере, всего 3мм; причем наибольшая конденсация О3 наблюдается на высоте 15 – 25км – на этой высоте солнечная радиация (h) «дробит» молекулы кислорода О2 на атомы, которые и образуют озон:

hv

O2 20; O2 + O = O3.

В стратосфере при минус 60оС озон может превращаться в твердое соединение газов с водой: О3. 5,7 Н2О – так называется клатрат, который механически выносит О3 из стратосферы. В слоях, близких к поверхности земли, где температура выше, клатрат распадается на О2 и Н2О.

В таблице 1.1 приведены удельные выбросы СО2, СО, NOx, SOx

Таблица1.1. Удельные выбросы основных компонентов отходящих газов при сжигании органического топлива, кг/т.


Загрязняющее вещество

Уголь

Природный газ

бурый

каменный

СО2

3200-3300

2600-2700

1600-1700

СО

14-55

14-55

3-7,5

NOx

4,0-6,0

2,5-7,5

1,3-4,5

SOx

5,0-25,0

1,5-8,0

1,4-4,4

Твердые частицы

70-100

60-80

До 0,1

Примечание. Разброс значений удельных выбросов связан с разным химическим составом топлива и применением различных методик расчета.

Установлено, что основным источником образования NOх при сжигании являются азотсодержащие соединения топлива, которые в процессе выхода и горения летучих превращаются в NO и NO2.

Важной задачей угольных ТЭС являются разработка и внедрение эффективных и экономичных современных технологий подавления эмиссии NOx, выбросов оксидов серы, углекислого газадля обеспечения нормированных показателей газообразных выбросов в атмосферу с уходящими газами электростанций, а также для улавливания летучей золы (твердых частиц).

Подготовка России к вступлению во Всемирную торговую организацию (ВТО) обязывает отечественную энергетику производить экологически чистую электроэнергию. В это понятие вкладывается, в первую очередь, необходимость глубокой очистки продуктов сгорания от летучей золы, оксидов азота, диоксида серы (SiO2), загрязняющих окружающую природную среду.

В Российской федерации на долю угольных тепловых электростанций в 2005 г. приходилось 27,7% сожженного условного топлива. С намеченным изменением топливного баланса в энергетике относительная доля угля к 2015 г. должна увеличиться до 34,9% при одновременном количественном росте потребления этого топлива с 68,44 млн. т условного топлива в 2001 г. до 122,30 млн.т условного топлива в 2015 г.

Поэтому проблема снижения выбросов диоксида серы с дымовыми газами угольных ТЭС является для отечественной энергетики весьма актуальной


^ Промышленные отходы тепловых электростанций. В настоящее время в год сжигается около 2,4 млрд.т. каменного угля и 0,9 млрд.т. бурого угля.

150 ТЭЦ РФ, работающие на твердом топливе, дают ежегодно более 55 млн.т. золошлакового материала, складируемого в специальные намывные гидротехнические сооружения – золошлакоотвалы. В настоящее время в золошлаковых отвалах ТЭЦ РФ скопилось примерно 1,2 млрд.т. отходов, а их площадь достигла около 20 тыс.га. Золоотвалы являются источником загрязнения окружающей среды: а) пылевыделение загрязняет атмосферный воздух и почву; б) грунтовые и поверхностные воды загрязняются фильтрующейся через грунты основания и дамбу водой прудов – отстойников. В Москве и Московской области накопилось более 60 млн.т. золошлаковых отходов. Для сравнения: электрофильтры ТЭЦ Германии ежегодно улавливают более 10 млн.т. золы . В 1987 г. на ТЭЦ США ежегодно образовывалось 68 млн.т. золы, а к 2020 г. возможно увеличение количества золы до 181,6 млн.т. в год. Одна из крупнейших ТЭЦ в Индии «Korba» мощностью 2100 МВт сжигает 9-10 млн.т. угля в год; на ней образуется 3-4 млн. т. золы /19, 20/. Типичная угольная ТЭЦ 500 МВт ежегодно выделяет 740 тыс.т. золы .

В РФ используется термин золошлаковые отходы. В Европе используется термин – сопутствующие продукты от сжигания угля – это топочный шлак, донная зола, зола – уноса, продукты сероочистки дымовых газов в мокросухих и мокрых известковых и известняковых системах – все это представляет золошлаковые материалы (ЗШМ). В 2003 г. в Европе было произведено около 100 млн.т сопутствующих продуктов от сжигания угля; 53% их используется в строительной промышленности, 36% идет на рекультивацию карьеров и угольных разрезов. В Германии практически утилизируется 100% сопутствующих продуктов от сжигания угля. Для сравнения: в РФ ежегодный выход ЗШМ – около 30 – 40 млн.т, а средний уровень утилизации 14% .

Состав и количество ЗШМ зависят от:

угля;

содержание серы;

технологии сжигания – колосниковая решетка, псевдоожиженный слой, сжигание сухое;

золоулавливание – электрофильтр, мокрый скруббер и т.д.


1.2 Новые передовые экологически ориентированные технологии для снижение вредных выбросов оксидов азота и серы, углекислого газа и летучей золы на тепловых электростанциях


1.2.1 Технологии для снижения выбросов оксидов азота на угольных тепловых электростанциях


а) Законодательство по выбросам NOх. Допустимая эмиссия NOх для крупных углесжигающих промышленных котлов (тепловая мощность более 500 МВт) согласно директивам Европейского экономического сообщества :

- 500 мг/м3 при 6% О2 для действующих ТЭС;

- 200 мг/м3 при 6% О2 для новых ТЭС.

С 2016 г эмиссия будет ограничена 200 мг/м3 при 6% О2 для всех действующих ТЭС.

В то же время нормы намного «мягче» для небольших котлов.

Для обеспечения нормированных показателей газообразных выбросов в атмосферу с уходящими газами электростанций необходимо внедрение современных технологий (внедренных в мировой практике или разрабатываемых).

б) Внутритопочное подавление NOx. Установлено, что при сжигании высококачественных каменных углей в топках с твердым шлакоудалением образуется 20% термических NOx (за счет окисления молекулярного азота в воздухе при сгорании), 75% топливного NOх (за счет окисления химически связанного азота в топливе), 5% быстрых оксидов азота (в результате реакции между молекулярным азотом и углеводородными радикалами).

Чем выше содержание азота в топливе, тем выше эмиссия NOx при сжигании угля (и мазута). Технологии снижения NOx в котлах, сжигающих уголь – оптимизация режима работы котла, малотоксичные горелки, ступенчатый ввод воздуха, рециркуляция уходящих газов, трехступенчатое сжигание, селективное каталитическое и некаталитическое восстановление.

^ Оптимизация режима работы котла включает в себя балансировку мельниц, накладку регистров, равномерное распределение воздушного и угольного потока и др. Для работы с предельно низкими избытками воздуха необходимы надежные датчики СО; необходимы датчики для обнаружения появления несгоревшего углерода, требуется точная настройка соотношения воздух – топливо для каждой горелки.

^ Малотоксичные горелки применяются для снижения NOx в топках с вихревыми, тангенциальными горелками. Для топок с вихревыми горелками проводят простую замену существующих горелок. Для тангенциальных топок необходима установка угольных инжекторов и воздушных сопел. Большие сокращения эмиссии NOx получаются при сжигании высокореакционных углей: для высокореакционных углей удается получить эмиссию NOx при 6% О2 ниже 400 мг/м3.

Малотоксичные горелки работают на принципе стадийного подвода воздуха. Они могут быть объединены с другими первичными методами подавления NOx – 2-х и 3-х ступенчатое сжигание для достижения более высоких суммарных показателей сокращения выбросов NOx.

^ Известно о применении. Установка малотоксичных горелок на пылеугольных котлах (например, двухрегистровые горелки Бабкок – Вилькокс (США), вихревая горелка фирмы Митсуи – Бабкок (Великобретания), горелка приводит к снижению концентрации NOx до 500 - 570 мг/м3).

Основной причиной замены горелки явилось необходимость обеспечения нормативов по выбросу NOx. В работе [6 новое] показаны результаты испытаний горелок с малотоксичными выбросами при сжигании природного газа. Установка прямоточно - вихревых горелок конструкций ЗАО «Экотон» и фирмы «Todd Combustion» на котлах ТГ - 104 и ТГМЕ – 206 взамен заводских горелок позволила сократить выбросы NOx в 2-2,5 раза с 700 до 250-300 мг/м3.

^ Ступенчатый ввод воздуха или двухступенчатое сжигание – технология для топок с вихревыми горелками и для тангенциальных топок, обеспечивающих сокращение NOx на 50% по сравнению с малотоксичными горелками.

Технология двухступенчатого сжигания фирмы «Митсуи Бабкок»: третичный воздух вводится в топку через сопла специальной конструкции при более высокой скорости, улучшая тем самым проникновение струи третичного воздуха и смешение с продуктами сгорания. Увеличение турбулентности в зоне дожигания уменьшает неравномерность потока. Концентрация NOx составляет 437 мг/м3 при 6% О2.

Рассмотрено подавление эмиссии NOx при двухступенчатом сжигании высокореакционных углей (марок Г и Д) и установлено, что двухступенчатое сжигание не уступает трехступенчатому сжиганию при глубоком снижении коэффициента избытка воздуха в прямоточных горелках (до 0,7) с применением бокового дутия. При этом наряду с боковым и верхним дутьем для глубокого снижения коэффициента избытка воздуха в горелках целесообразно применять систему нижнего дутия, обеспечивающую снижение вредных выбросов и недожога топлива.

В работе исследован механизм образования NOx в топках котлов при ступенчатом сжигании газа. Установлено, что путем комбинирования встроенной ступени внутри горелок и перераспределения газа по ярусам удалось реализовать условия, способствующие подавлению образования NOx по «быстрому» и «термическому» механизмам и значительно снизить концентрацию NOx до 45 мг/м3. Авторы установили, что для эффективного подавления эмиссии «быстрых» и «термических» оксидов азота необходимо воздействие на зону образования быстрых NOx со смещением её в сторону более «богатых» смесей и на общую зону догорания в верхней части топки с использованием газов рециркуляции.

^ Рециркуляция уходящих газов широко используется для контроля температуры пара в больших промышленных установках. Повторное использование газов рециркуляции (в количестве 10-20%) для сокращения NOx связано с важнейшими факторами в снижении термических NOx – с уменьшением температуры и разбавлением О2 в воздухе смеси. Эффективность метода зависит от места ввода газов – наибольший эффект получается при вводе газов рециркуляции через горелки.

Однако в том случае, если на станциях сжигающих уголь вклад термических NOx в общую эмиссию NOx является относительно небольшим, этот метод не используется.

^ Трехступенчатое сжигание технология сокращения выбросов NOx, объединяющая принципы воздушного и топливного распределения, заключается в создании трех зон сгорания. В основной зоне сжигается около 80% топлива по теплу (уголь) при нормальных избытках воздуха 1,05 – 1,1 и формируется основное количество NOx. При этом следует учитывать, что более низкие температуры приводят к более низким термическим NOx; более низкая концентрация кислорода приводит к более низким топливным NOx. В восстановительной зоне вводится 20% топлива по теплу (уголь более тонкого помола, газ), разложение которого приводит к образованию углеводородных радикалов (CH, CH2 и др.), которые могут реагировать с NOx из первичной зоны с образованием азотных соединений HCN. Последнее распадается до молекулярного азота, обеспечивая тем самым эффективное подавление NOx. Оптимальный избыток воздуха в восстановительной зоне 0,85-0,95. Ввод третичного воздуха создает зону догорания, где дожигаются все продукты неполного сгорания.

Проблемы, возникающие при использовании технологии трехступенчатого сжигания:

время нахождения: в первичной зоне – для гарантии полного выгорания основного топлива; в восстановительной зоне – должно быть достаточно для распада вторичного топлива; в зоне догорания – должно быть достаточным для приемлемого уровня содержания горючих в уносе;

потребуется дополнительное оборудование – новые короба, контролирующие аппаратуру и системы управления;

модернизация мельниц – для получения приемлемых уровней горючих в уносе, возможно, придется добиваться уменьшения размера частиц («тонина помола»).

В результате трехступенчатого сжигания обеспечивалась концентрация NOx 325 ÷ 250 мг/м3 (при низких коэффициентах избытка воздуха) (фирмы Англии, Италии).

Приведены данные по снижению выбросов NOx на котлах ТПЕ – 214 с использованием системы трехступенчатого сжигания Кузнецкого угля марок Г и Д при избытке воздуха α ~ 0,7. Содержание NOx в дымовых газах составило 350 мг/м3, а при двухступенчатом сжигании – 440 мг/м3.

Рассмотрено также трехступенчатое сжигание с угольной ступенью восстановления и установлено, что при работе котла в обычном режиме с 5-ю мельницами:

- без организации восстановительной ступени концентрация NOx= 580 ÷ 740 мг/м3;

- при организации восстановительной системы концентрация NOx за экономайзером составила 530 ÷ 680 мг/м3.

При переходе на 4 – мельничный режим уровень выбросов NOx составил 480 – 450 мг/м3.

Рассмотрено применение трехступенчатой схемы сжигания высокореакционных углей в стендовых условиях. Известно, что сущность этой схемы заключается в сжигании основной части топлива с избытками воздуха (α = 1,05) и организации после практически полного завершения выгорания топлива зоны восстановления. Последняя образуется за счет подачи в нее топлива восстановителя при избытке воздуха в зоне α = 0,9 ÷ 1,0. Третья ступень – зона дожигания – организуется путем подачи в конец зоны восстановления избыточного третичного воздуха. По результатам стеновых испытаний применение данной схемы снижает выбросы NOx на 60%. Проверка на котлах показала снижение выбросов NOx на 40%.

Рассмотрено трехступенчатое сжигание твердого топлива. При этом для получения восстановительной среды используется только основное твердое топливо без его специальной подготовки (сверхтонкое измельчение, получение синтез - газа и др.). Измерения показали, что трехступенчатое сжигание эктастузского угля на котлах ПК-14 ВТГРЭС выход NOx снижен до 450-460 мг/м3, снижено также содержание горючих в уносе относительно уровня отмеченного в режиме двухступенчатого сжигания.

^ Селективное каталитическое и некаталитическое восстановление. Для очистки дымовых газов от оксидов азота в энергетике применяются технологии:

селективного каталитического восстановления в присутствии катализаторов;

селективного некаталитического восстановления.

Обе технологии используют в качестве восстановителя сжиженный аммиак, аммиачную воду, карбамид и вероятно другие азотсодержащие соединения, генерирующие аммиак при гидролизе или термическом разложении. При этом требуется размещение на ТЭС угла приема, хранения и подачи аммиака и др. или специализированного аммиачного хозяйства.

В таблице 1.2 приводятся данные по снижению выбросов NOx.

Таблица 1.2. Снижение выбросов NOx и удельные капитальные затраты мероприятий по снижению выбросов оксидов азота.


№ п/п

Снижение выбросов NOx,%

Мероприятия

Стоимость улав –

ливания 1т NOx, $

^ 1. Применение только технологических мероприятий.

1.

До 15

За счет режима топочного процесса, рециркуляция газов

-

2.

15-30

2-х ступенчатое сжигание

100

3.

20-40

Малотоксичные горелки

83

4.

40-50

3-х ступенчатое сжигание

200

5.

40-60

2-х ступенчатое сжигание и малотоксичные горелки

-

6.

60-75

3-х ступенчатое сжигание и малотоксичные горелки

-

^ 2. Применение только азотоочистных технологий.

7.

30-60

СНКВ

140

8.

40-90

СКВ

190

^ 3. Совместное применение технологических и азотоочистных мероприятий.

9.

50-75

2-х ступенчатое сжигание совместно с СНКВ

110

10.

70-90

3-х ступенчатое сжигание совместно с СНКВ

180


^ Селективное каталитическое восстановление. Установка состоит из системы подачи и ввода аммиака, реактора с набором ячеек – катализаторов, подводящих трубопроводов и средств управления. Аммиак вводится через систему сопел в уходящие газы и получающаяся смесь проходит через 3-5 слоев металлических катализаторов на основе ванадия, титана, платины, расположенных между экономайзером и воздушным подогревателем. На поверхности катализатора NН3 реагирует с NO2, генерируя молекулярный азот и водяной пар:

4NO + 4NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O.

Данный метод позволяет сократить эмиссию NOx до 90%. Однако существуют определенные проблемы:

метод дорогостоящий;

возможен проскок аммиака.

Аммиак: 1) делает непригодной для использования летучую зону;

2) попадая в сероочистку приводит к выходу гипс, который удаляется как твердые отходы;

3) приводит к неприятному запаху в помещении;

возможно забивание катализатора летучей золой.

^ Селективное некаталитическое восстановление – способ сокращения выбросов NOx посредством аммиака, мочевины, реагирующие с NOx в присутствии кислорода и разлагающие NOx на азот и воду. Такая реакция протекает при высоких температурах 850-1100оС и поэтому реагент вводят в конвективный газоход. В основе работы системы очистки газов лежит принцип селективного некаталитического высокотемпературного восстановления оксидов азота карбамидом. Процесс очистки протекает в интервале температур 850-1150оС в соответствии с брутто-реакцией:

2CO(NH2)2 + 4NO +O2 = 4N2 + 2CO2 + 4H2O.

Время пребывания восстановителя в зоне реакции, необходимое для достижения максимальной степени очистки газов, составляет 0,3 - 0,5 сек. Коэффициент расхода восстановителя, равный отношению расхода твердого карбамида (кг/ч) к величине массового выброса оксида азота (кг/ч), в зависимости от режима работы котла изменяется в диапазоне 1,1 – 2.

Для восстановления NOx используется 40%-ный водный раствор карбамида, который готовится непосредственно на объекте растворением гранулированного карбамида в химочищенной воде или поставляется в готовом виде.

Узел приготовления раствора карбамида включает в себя емкость для хранения твердого карбамида, бак для приготовления раствора и циркуляционные насосы (они же перекачивающие), предназначенные для растворения карбамиды и перекачивания раствора в расходную емкость.

Твердый карбамид и химически очищенная вода в количествах, необходимых для получения раствора заданной концентрации, подаются в бак для приготовления раствора.

Для интенсификации процесса растворения на период приготовления раствора включается циркуляционный насос.

Готовый раствор перекачивается в рабочую расходную емкость, затем с помощью насоса-дозатора подается в смеситель, где смешивается с водяным паром (Р ≤ 13 кгс/см2, t = 240-290оС). Необходимые параметры пара (расход, температура и давление) уточняются в процессе проектирования. Далее парокарбамидная восстановительная смесь подается через распределительные устройства в зону котла с оптимальной температурой.

Для ввода восстановительной смеси используется специальные устройства типа струйных форсунок. Место ввода восстановителя, количество распределительных устройств и их конструкция также определяются при проектировании.

Процесс очистки газов регулируется с помощью автоматизированной системы управления. Возможно также осуществление процесса очистки в режиме ручного управления.

На период проведения режимно-наладочных работ на одном котле целесообразно использовать готовый раствор карбамида, который может доставляться автоцистернами с Московского мусоросжигательного завода №2. Договоренность с руководством завода о возможности такой поставки имеется. При получении удовлетворяющих Заказчика результатов и оценки фактически необходимого расхода карбамида на один котел следует решить вопрос либо о строительстве на объекте собственного узла приготовления раствора карбамида, либо организовать постоянную поставку готового раствора карбамида в количестве, достаточном для непрерывной работы системы очистки.

На основе технической документации по котлу ТП-87, представленной ТЭЦ-22 (чертежи котла, данные по изменению нагрузки, скоростей, температуры и объемов дымовых газов, содержанию оксидов азота и др.), определено, что оптимальной зоной для размещения распределительных устройств являются боковые стенки котла (между ширмовым пароперегревателем и фестоном) на высоте от отметки 26 м до 34 м. Подача восстановительной смеси должна осуществляться с критической скоростью истечения из отверстий сопловых устройств, что обеспечит максимально быстрое и равномерное ее распределение в потоке дымовых газов.

Параметры пара, подаваемого в смеситель, должны обеспечивать образование парогазовой восстановительной смеси и необходимое качество распределения смеси в объеме газохода. В периоды временного отключения подачи раствора карбамида пар (в меньшем количестве) должен подаваться в систему для охлаждения распределительных устройств.

Все оборудование, входящее в состав системы очистки, изготавливается на российских заводах. Исключение может составлять только газоанализатор для непрерывного определения оксидов азота и использования в автоматизированной системе управления. Разработчик рекомендует использовать для определения оксидов азота газоанализатор GM-31 фирмы SICK (ФРГ).

Автоматизированная система управления позволяет задавать и поддерживать необходимую степень очистки газов от оксидов азота; оптимизировать расход раствора карбамида; контролировать все параметры процесса и, при необходимости, изменять их значения; обрабатывать статистические данные процесса очистки и выводить их на дисплей компьютера в графическом или другом виде.

Стандартное оборудование (емкость, насосы, оборудование КИПиА и др.) может быть приобретено в любой организации, специализирующейся на производстве или продаже данных видов оборудования.

Предлагаемая система очистки обеспечит требуемое в соответствии с техническим заданием снижение выбросов оксидов азота при условии, что исходная концентрация оксидов азота при работе на природном газе ≤ 500 мг/нм3, а при работе на угле ≤ 1500 мг/нм3. Концентрация NOx в очищенных газах будет не более 125 мг/нм3 при работе на природном газе (α = 1,4) и не более 570 мг/нм3 при работе на угле (α = 1,4).


Эксплуатационные расходы определяются, в основном количеством потребляемых в процессе очистки карбамида и низкопотенциального водяного пара.

Массовый расход карбамида примерно равен количеству восстанавливаемых в единицу времени оксидов азота.

Например, если расход дымовых газов, выбрасываемых из котла, составляет около 400000 м3/ч, то для снижения концентрации оксидов азота с 400 до 125 мг/м3 требуется примерно 75 кг/ч гранулированного карбамида. Соответственно, расход 40%-ного раствора карбамида составит около 190 кг/ч.

При этом расход пара (Р=13 кг/см2, t=260-290оС) составит около 2000 кг/ч.

Значение расходных показателей определяются в процессе проектирования и корректируются при проведении режимно-наладочных испытаний.


^ 1.2.2. Технологии для снижения выбросов оксидов серы на угольных тепловых электростанциях


Основным твердым топливом в России являются энергетические угли Кузнецкого, Канско-Ачинского, Экибастузского, Интинского (Воркутинского) и Донецкого бассейнов, Азейского, Мугунского, Головинского, Артемовского, Партизанского и других месторождений, а также ряд местных углей.

Приведение отечественных нормативов в соответствие с европейскими будет сопровождаться введением для действующих ТЭС технических нормативов на выбросы загрязняющих веществ, в том числе диоксида серы. Технологии сероочистки для отечественных тепловых электростанций, обеспечивающие регламентированные концентрации SO2 в очищенных газах, в зависимости от мощности котельных агрегатов и сернистости сжигаемого топлива, можно разделить на три категории:

для котлов малой и средней мощности, сжигающих мало- и среднесернистое топливо, - со степенью сероочистки 30-35%;

для котлов малой и средней мощности, сжигающих среднесернистое топливо, - со степенью сероочистки 50-60%;

для котлов всех мощностей, сжигающих высокосернистое топливо, - со степенью сероочистки не менее 85%.

Для котлов малой и средней мощности, сжигающих мало- и среднесернистое топливо, разработаны технологии с использованием имеющихся на ТЭС объемов котельного агрегата и золоуловителей – скрубберов Вентури. (или других подобных аппаратов с использованием воды) и электрофильтров.

Сухая известняковая технология основана на обжиге в опочной камере котла при 1000-1100 0С тонко размолотого известняка, который превращается в этих условиях в активную известь. Интенсивность улавливания диоксида серы известью в диапазоне температур 500-8500С зависит от тонины помола реагента, поскольку процесс сорбции определяется преимущественно поверхностью контакта реагента с газом, которая, в свою очередь, зависит от размера частиц. Естественно, что обжиг известняка сопровождается использованием части тепла дымовых газов, что снижает КПД котла. Например, при сжигании бурых углей, продукты сгорания которых содержат 4г/м3 SO2, ввод в дымовые газы известняка в относительном количестве CaCO3/SO2=2 снижает КПД котла на 1,1%. Оправданная (без заметного влияния на экономичность котельного агрегата) степень сероочистки дымовых газов с помощью такой технологии составляет 30-35%.

Модификацией рассмотренного метода является подача тонкодисперсной извести (известковая технология) в конвективную шахту котла или соды в газоходы уходящих газов.

Если котел оснащен мокрыми золоуловителями, то общая степень сероочистки может быть повышена до 60-65% за счет того, что непрореагировавшая известь в мокром золоуловителе, орошаемом водой, дополнительно сорбирует SO2.В результате пульпа характеризуется повышенным содержанием кальция. Для предотвращения образования отложений в мокром золоуловителе и системе внутреннего и внешнего гидорозолоудаления выбран безопасный солевой режим работы золоотвала и системы оборотного водоснабжения, исключающий отложения карбонатов и сульфатов.

Применение сухой известняковой технологии может приводить к изменению температуры плавления золы. Например, при сжигании углей, зола которых имеет температуру размягчения 13000С, применение этой технологии возможно. Но при использовании углей, которые размягчаются при 1100-11750С, ее применение может вызвать повышенное шлакование поверхностей нагрева котла.

Использование мокрых золоуловителей для сероочистки приемлемо при сжигании твердого топлива, в летучей золе которого имеются повышенные концентрации оксида кальция.

Такой режим работы мокрого золоуловителя обеспечивает 35%-ное улавливание диоксида серы и 98%ное- улавливание летучей золы.

Технология с выщелачиванием золы позволяет достигнуть указанной степени сероочистки при капитальных вложениях на уровне 8-15 дол/кВт при увеличении расхода энергии на собственные нужды, не превышающем 0,05%.

Обеспечить очистку дымовых газов с помощью скрубберов на 50-60% можно за счет использования в качестве реагента соды Na2CO3 (двойная щелочная технология). В этом варианте при нейтрализации диоксида серы содой образуются сульфиты и бисульфиты натрия. Обработка этих солей второй щелочью (отсюда название технологии)- известью – дает гипс, который в смеси с золой можно сбрасывать на золоотвал. Образовшаяся после регенерации щелочь возвращается на орошение золоуловителя. Применение регенератора и двух реагентов – соды и извести – увеличивает капитальные затраты на такую сероочистку до 15-20 дол/кВт. Также увеличивается до 0,07% и расход электроэнергии на собственные нужды.

Для котельной установки большой мощности, оснащаемой электрофильтрами, в аналогичных условиях целесообразны мокросухие технологии сероочистки. В них реагент вводят в дымовые газы в виде суспензии, вода которой за счет тепла этих газов полностью испаряется до начала процесса электрогазоочистки. Испарение воды сопровождается охлаждением и увлажнением уходящих из кола дымовых газов, в результате чего их физический объем уменьшается на 15-18% и соответственно увеличивается время пребывания в активной части электрофильтра.

Отходом мокросухой сероочистки является сухая смесь золы с кальциевыми соединениями – сульфитами, сульфатами и непрореагировавшей известью. Эта смесь может быть использована в дорожном строительстве, при производстве строительных изделий или для засыпки земельных неудобий при рекультивации ландшафтов.

При приведенной сернистости менее 0,3 кг/МДж предпочтительна упрощенная мокросухая технология, основанная на впрыске тонкодисперсной известковой суспензии перед форкамерой электрофильтра. Такая технология позволяет очистить продукт сгорания углей типа кузнецких на 50-60% и не требует громоздкого дорогостоящего оборудованих.

Мокросухая технология с циркулирующей инертной массой (роснована на вводе в дымовые газы перед электрофильтром увлажненной смеси из уловленной в электрофильтре золы с известью. В этом процессе зола является инертным материалом, на поверхность которого наносится тонкий слой реагента. При влажно