Методы очистки отходящих газов, применяемые на железнодорожном транспорте. Пути решения проблем загрязнения атмосферы и ее защита

При проектировании новых производств, выбросы загрязняющих веществ не должны быть экологически опасными. На действующих предприятиях, если выбросы являются экологически опасными, устанавливают значения временно-согласованных выбросов (ВСВ) сроком на пять лет. В течение этого времени выбросы считаются в пределах лимита, а по истечению данного срока – сверхлимитными. За этот период на предприятии должны быть внедрены мероприятия по снижению выбросов:

Технологические (например, замена токсичных веществ на менее токсичные, менее летучие, сухих способ переработки пылящих материалов мокрыми и т.д.);

Очистка отходящих газовых выбросов;

Методы, которые не снижают величину выброса, но уменьшают приземные концентрации, стимулируя предприятия на проведение природоохранных мероприятий:

например, увеличение высоты труб, что увеличивает значение ПДВ, но также увеличивает площадь загрязненной территории; устройство санитарно защитных зон (СЗЗ).

Согласно требованиям «Санитарных норм проектирования промышленных предприятий», объекты, являющиеся источниками выделения вредных веществ, должны быть отделены от жилой застройки СЗЗ. Территория СЗЗ должна быть благоустроена и озелена газоустойчивыми породами деревьев и кустарников. СЗЗ нельзя использовать для расширения промышленной площадки. На ее территории допускается размещение объектов более низкого класса вредности: гаражи, пожарное депо, склады, административные здания, научно исследовательские лаборатории, стоянки транспорта и т.д. Ширина СЗЗ устанавливается в зависимости от класса предприятия, мощности выброса, условий осуществления технологического процесса и т.д. Существуют 5 классов предприятий:

1 класс ширина СЗЗ 1000 м

Класс предприятий указан в СанПиН 2.2.1/2.1.1.567-96 “СЗЗ и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов”.

Экономические методы. Предприятия выплачивают денежные средства, которые поступают в экологические фонды и направляются на осуществление природоохранных мероприятий. Размер платежей определяется числом вредных веществ и пылей, содержащихся в выбросах, степенью их токсичности и степенью загрязнения выброса. Норматив платы за экологически опасный выброс М ф > ПДВ (временно согласованный выброс) в 5 раз больше, норматива платы за экологически безопасный выброс М ф ≤ ПДВ, а за сверхлимитный в 25 раз.

Формула для расчета платежей за экологически безопасный выброс:

П= М ф Г i . P i ПДН. К Э. К ИНФ, где

n – количество загрязняющих веществ;

М ф Г i – масса годового фактического выброса i-го загрязняющего вещества, т/год;

Р i ПДН – норматив платы за выброс 1 тонны i-го загрязняющего вещества в пределах допустимых нормативов выбросов, руб./т;

К Э – коэффициент экологической значимости региона;

К ИНФ – коэффициент инфляции.

Главная > Документ

ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ

1. МЕТОДЫ И СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА

Загрязнение атмосферного воздуха является наиболее серьезной экологической проблемой в настоящее время и на ближайшее будущее. Загрязненный воздух оказывает разрушительное воздействие на здоровье людей, сооружения и природу, причем от загрязненного воздуха значительно труднее уберечься, чем от загрязненной воды. Поэтому борьба с загрязнением воздуха является основной составляющей экологической политики большинства промышленных стран. Загрязнения атмосферного воздуха можно разделить на два вида: природные и антропогенные. К загрязнениям природного характера относятся выбросы газов и пепла при извержениях вулканов, твердые частицы, образующиеся при эрозии почв, лесные пожары, вынос морских солей с поверхности океана, а также биологическое разложение как результат жизнедеятельности почвенных бактерий, которое приводит к образованию больших количеств сероводорода, аммиака, углеводородов, оксидов азота и углерода. Во всех этих случаях поступление загрязняющих веществ в атмосферу значительно превышает антропогенное загрязнение атмосферы, но эти факторы на Земле существовали всегда, и природа научилась справляться с последствиями природных катастроф и неблагоприятных факторов, а от деятельности человека поступают в природу и несвойственные ей вещества, которые в естественных условиях не образуются. Антропогенные источники загрязнения обусловлены хозяйственной деятельностью человека, прежде всего при сжигании углеродсодержащих веществ – угля и продуктов его переработки, нефти и древесины, или как отходы производства химических веществ и цемента, металлургической и горнодобывающей промышленности, а также при сжигании бытовых отходов. Наиболее важными с количественной точки зрения являются газообразные продукты сгорания: оксиды серы, углерода и азота и взвешенные вещества. Для нормальной жизнедеятельности населения необходимо, чтобы не были превышены предельно-допустимые концентрации (ПДК) вредных для здоровья веществ. Увеличение масштабов антропогенного загрязнения атмосферы делает целесообразной разработку эффективных способов защиты от загрязнений, а также способов предупреждения вредного воздействия загрязняющих веществ. Поэтому охрана и защита атмосферы включает комплекс технических, административных и экономических мер, прямо или косвенно направленных на прекращение или, по крайней мере, уменьшения загрязнения атмосферы. При этом защита не может быть эффективной при односторонних или половинчатых мерах, направленных только против конкретных источников загрязнения. Необходимо комплексно подходить к определению причин загрязнения атмосферы, вкладу отдельных источников и выявлению различных возможностей ограничения выбросов загрязняющих веществ. В зависимости от масштабов распространения загрязнений в атмосфере мероприятия по охране воздушного бассейна могут иметь локальное, региональное, федеральное или межгосударственное значение. В настоящее время практически все государства имеют соответствующие законодательные акты, определяющие основу для необходимых нормативных положений в области охраны окружающей среды или целенаправленно в области борьбы с загрязнением воздуха. В Российской Федерации принципы природоохранного законодательства закреплены в Конституции РФ. Более подробно требования по охране окружающей природной среды, в частности, атмосферы, излагаются в законе «Об охране окружающей природной среды» (1991 г.) и в законе «Об охране атмосферного воздуха» (1999 г.) Охрана атмосферы представляет собой совместное выполнение мероприятий по целому ряду направлений, таких как: - мониторинг атмосферы и источников ее загрязнения; - экологическое нормирование качества атмосферы, воздухоохранное нормирование и стандартизация технологических процессов, установок, продукции, оказывающей неблагоприятное воздействие на атмосферу; - экономический и правовой механизмы охраны атмосферы и природопользования, влияющие на ее качество; - охрана и защита атмосферы, ее рациональное использование; - производство и эксплуатация воздухоохранного оборудования и установок; - экологическое образование, воспитание и пропаганда в этой области. Законодательные и нормативные документы определили порядок осуществления государственного контроля над охраной атмосферного воздуха, положения о нормировании его качества путем установления нормативов предельно-допустимых концентраций и предельно-допустимых выбросов (ПДВ), регулирования выбросов вредных веществ, в том числе от транспортных средств; воздухоохранные требования к проектированию и строительству предприятий и сооружений, их эксплуатации. Этими же документами предусматривается ответственность за нарушение нормативов качества атмосферного воздуха, за невыполнение планов воздухоохранных мероприятий. А также обязанность полного возмещения вреда, причиненного загрязнением атмосферы. Таким образом, достижение ПДК на границе санитарно-защитной зоны и в жилой зоне осуществляется, прежде всего, за счет планировочных мероприятий на стадии проектирования, технологических мероприятий по сокращению вредных выбросов, мероприятий по пыле- и – газоулавливанию (технических мероприятий), и мероприятий по улучшению рассеяния вредных веществ в атмосфере.

1. Планировочные мероприятия на стадии проектирования

Планировочные мероприятия позволяют, при постоянстве валовых выбросов, снизить воздействие загрязняющих веществ на человека. Основные планировочные мероприятия: выбор площадки размещения завода, взаимное расположение цехов и взаимное расположение завода и жилого массива. К обязательным требованиям при проектировании предприятия относятся следующие: - создание санитарно-защитных зон вокруг промышленных предприятий; - предприятие и жилой массив должны располагаться на равнинной, открытой местности, которые хорошо продуваются ветрами и отсутствуют участки местности, способствующие образованию застойных зон; - предприятия должны располагаться с подветренной стороны по отношению к жилым массивам; - площадка жилого массива должна быть не выше площадки предприятия, т.к. иначе снижается эффект рассеяния и высоты дымовой трубы; - смежные здания влияют на распространение выбросов из дымовых труб, поэтому такие трубы делают в 2,5 раза выше смежных зданий; - температура воздуха в районе завода с увеличением высоты должна уменьшаться, что способствует лучшему рассеянию примесей в атмосфере; - производства, выбрасывающие максимальное количество загрязняющих веществ должны располагаться со стороны, противоположной жилому массиву; - цеха не должны располагаться в одну линию, чтобы не объединялись выбросы; - целесообразно исключать из состава предприятия цеха, которые не являются обязательными (неотъемлемыми) для данного предприятия (аглофабрика, ТЭЦ, производство огнеупоров); - необходимо озеленение санитарно-защитной зоны специальными зелеными насаждениями.

Технологические мероприятия по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу

Большинство технологических процессов можно изменять без ущерба для выпуска основной продукции таким образом, чтобы уменьшить количество образующихся загрязняющих веществ. По оценкам ученых, эффективное внедрение разработанных к настоящему времени технологических мероприятий, позволяет снизить валовый выброс загрязняющих веществ до 70%. Некоторые технологические мероприятия позволяют полностью ликвидировать выбросы вредных веществ. Например, непрерывная разливка стали позволяет отказаться от блюминга и нагревательных колодцев, а следовательно, и от их выбросов. На металлургических предприятиях с полным металлургическим циклом более 50 % выбросов в атмосферу пыли, оксидов углерода, азота, серы приходится на долю агломерационных фабрик. Уменьшить количество выбросов позволят технологические мероприятия, внедренные за рубежом и на части наших предприятий. Повышение высоты слоя шихты в агломашинах приводит к снижению количества пыли за счёт улучшения фильтрующей способности спекаемого слоя, Сокращение выбросов в атмосферу объёма технологического газа и пыли на 15-25 % достигается при рециркуляции агломерационного газа, отбираемого из тракта за нагнетателем и подаваемого в слой за горном. При этом изменяется состав выбросов: уменьшается содержание окиси углерода и кислорода, увеличивается концентрация паров воды и двуокиси углерода и серы. Содержание паров воды в рециркулянте способствует уменьшению химического недожога при горении твёрдого топлива и выхода СО на 20-40 %, что обеспечит сокращение расхода твёрдого топлива. Особое значение имеет рециркуляция для агломашин, оборудованных очисткой газа от серы. В связи с большими объёмами на очистку от серы подаётся примерно половина газа, а вторая половина выбрасывается в дымовую трубу без очистки. Часть газа из борова дымовой трубы можно вернуть на агломашины в качестве рециркулянта. На аглофабрике Магнитогорского металлургического комбината это позволит сократить выбросы серы в атмосферу на 28-30 %. Реализация рециркуляции позволит уменьшить расход твёрдого топлива в шихту на 5-9 %, сократить выбросы в атмосферу пыли на 15-25, окислов азота 16-27 и СО на 32-48 %. В доменном производстве для сокращения выбросов в атмосферу можно использовать следующие мероприятия: - создание в межконусном пространстве давления несколько больше, чем на колошнике печи уменьшает выбросы в 10 раз; - применение крытых вагонов для подачи агломерата в бункерную эстакаду и закрытых бункеров значительно снижают запыленность; - добавки извести позволяют связать серу и обойтись без сероочистки. При любом высокотемпературном процессе образуются окислы азота за счет связывания кислорода и азота воздуха. Наиболее эффективными технологическими методами подавления образования оксидов азота в настоящее время считаются метод ступенчатого сжигания топлива, методы рециркуляции продуктов горения с организованным вводом их перед горелками в воздушный или газовый поток, что обеспечивает хорошее смешение рециркулянта с компонентами горения и комбинированное использование методов ступенчатого сжигания и рециркуляции продуктов горения. Хорошие результаты по сокращению выбросов дает замена твердых топлив на жидкие и газообразные, газификация и десульфуризация топлив. Подобные мероприятия можно найти и на других производствах и не только в металлургии или энергетике. Некоторые технологические мероприятия,. приводящие к снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, являются общими практически для любого производства: - переход от периодических процессов к непрерывным снижает выбросы, т.к. ликвидируются промежуточные процессы с их пыле- и – газовыделением (замена скиповой подачи шихты в доменную печь на транспортерную ликвидирует выбросы от пересыпок); - все энергосберегающие мероприятия приводят к опосредованному снижению выбросов вредных веществ за счет экономии сжигаемого топлива; - повышение выхода годного продукта также ведет к сокращению валовых выбросов, поскольку материалы и энергия на производство брака не расходуются; - герметизация технологического и транспортного оборудования. Однако наиболее перспективным направлением является создание новых технологий, основанных на частично или полностью замкнутых циклах, использование альтернативных способов получения энергии и более полное использование отходов.

Технические мероприятия по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу

Технологические мероприятия, как правило, не могут обеспечить санитарных норм по содержанию вредных веществ, поэтому в большинстве случаев необходима очистка отходящих газов от пыли и газообразных составляющих. Целью такой очистки является извлечение или нейтрализация вредных веществ, находящихся в газообразной, жидкой или твердой форме. Требования к очистке выбросов от пыли и газа предъявляются с учетом большого многообразия выбросов в атмосферу, их качественных и количественных особенностей, разной степени очистки. Соответственно разнообразны и методы очистки. Тем не менее, все методы могут быть условно разбиты на две основные группы. К первой относятся физические методы очистки газов от жидких и твердых частиц с использованием сил, имеющих физическую природу (гравитационные, инерционные, центробежные, электростатические и другие силы). Во второй группе для извлечения примесей из газовых потоков используются физико-химические методы. В зависимости от физико-химических свойств загрязняющих веществ и от условий, при которых осуществляется очистка, наиболее часто используются процессы абсорбции, адсорбции, окисления и восстановления, а также каталитические (обычно гетерогенные) химические реакции.

Физические методы очистки газов

Как правило, пылеулавливающие аппараты условно делят на следующие группы:

сухие или механические пылеуловители , в которых частицы пыли отделяются из газового потока при помощи механических сил. Чаще всего используются циклоны различных конструкций и инерционные пылеуловители. Улавливание в циклонах происходит за счет центробежных сил, а в инерционных аппаратах за счет инерции частиц пыли при резком изменении направления газового потока. Эти аппараты могут быть использованы или самостоятельно, если частицы пыли достаточно крупные, или в качестве первой ступени очистки перед более эффективными аппаратами для снижения на них нагрузки; аппараты мокрой очистки , в которых производится промывка запыленного газа жидкостью или осаждение частиц пыли на жидкую пленку. Для осуществления первого варианта мокрой очистки запыленный поток промывают диспергированной жидкостью. Во время промывки частицы пыли захватываются каплями жидкости и выводятся из газового потока. В зависимости от режима температур, давлений и влажности газа в процессе промывки может происходить испарение капель или конденсация паров из газового потока, при этом частицы пыли являются ядрами конденсации. Этот эффект может значительно улучшить осаждение пыли. В зависимости от способа диспергирования жидкости мокрые пылеуловители делят на три группы:

форсуночные скрубберы, в которых диспергирование жидкости осуществляется с помощью форсунок, за счет энергии насоса; скрубберы Вентури, в которых дробление жидкости осуществляется за счет энергии турбулентного потока; динамические газопромыватели, где разбрызгивание жидкости осуществляется за счет механической энергии вращающегося ротора.

Аппараты мокрой очистки желательно применять на производствах, имеющих систему очистки воды, если же такой нет, то лучше по возможности использовать аппараты сухой очистки;

фильтры , которые задерживают пыль при прохождении через них очищаемого газа.

Фильтрация аэродисперсных систем через пористые перегородки является одним из наиболее совершенных способов выделения взвешенных твердых и жидких частиц из газового потока. Особенности этих аппаратов заключаются в следующем:

более высокая степень очистки (свыше 99%) газов от взвешенных частиц любого размера по сравнению с другими аппаратами; универсальностью, т.е. способностью улавливать твердые частицы в сухом виде и жидкие частицы из туманов, возможностью работы при любых давлениях газов (выше или ниже атмосферного); меньшей зависимостью от изменения физико-химических свойств частиц пыли; простотой эксплуатации.

В пылеулавливании применяются тканевые, волокнистые, зернистые и другие фильтры. Осаждение происходит за счет непосредственного касания частиц пыли волокон (нитей) или зерен фильтрующей перегородки, действия сил инерции, диффузии и электростатического притяжения;

электрофильтры , в которых отделение частиц пыли происходит под действием

электрических сил (в коронном разряде). Запыленный газовый поток проходит через сильное электрическое поле, частицы пыли получают электрический заряд и ускорение, что заставляет их двигаться вдоль силовых линий поля с последующим осаждением на электродах. Электрофильтры для очистки газов от пыли работают обычно при постоянном напряжении, могут быть сухими и мокрыми, иметь одну зону, в которой происходит зарядка и осаждение частиц пыли, или несколько зон, где зарядка и осаждение осуществляются в разных зонах.. Кроме того, электрофильтры бывают пластинчатые и трубчатые. Эффективность работы электрофильтров достаточно велика и обеспечивает степень улавливания более 90%, причем эффективность улавливания частиц пыли размером 1 мкм достигает 88%. При высокой входной запыленности наблюдается явление «запирания короны» (повышение напряжения зажигания коронного разряда), поэтому перед электрофильтрами часто ставят более простые и дешевые аппараты очистки, чтобы запыленность на входе в электрофильтр не превышала 100-150 г/м 3 .

Физико-химические методы очистки газов

Газообразные загрязнители удаляют из промышленных выбросов при помощи физико-химических или химических методов. Существует пять основных методов удаления газообразных загрязнителей: абсорбция, адсорбция, конденсация, сжигание горючих загрязнителей и химическая обработка. 1 Абсорбция. Метод основан на подборе такой жидкости, при прохождении через которую вредная примесь переходит в жидкую фазу абсорбента, растворяясь в нем без химических взаимодействий и образования новых химических веществ – это физическая абсорбция . Например, физическая абсорбция применяется для очистки природных газов и газов при производстве водорода от сероводорода, диоксида углерода с использованием сульфолана, пропиленкарбоната. В тех случаях, когда абсорбенты вступают в химические реакции с очищаемым газом, например при очистке природных газов от сероводорода, диоксида углерода, диоксида серы с помощью водных растворов слабых оснований – аммиака, анилина, ксилидина, происходит процесс, называемый химической абсорбцией Абсорбция представляет собой процесс, включающий массоперенос между растворимым газообразным компонентом и жидким растворителем, осуществляемый в абсорбере. Движущей силой абсорбции является разность между парциальным давлением растворенного газа в газовой смеси и его равновесным давлением над пленкой жидкости, контактирующей с газом. Если значение движущей силы не является положительным числом, то абсорбции не происходит. Если это значение представляет отрицательную величину, то происходит десорбция , и количество загрязнителей в обрабатываемом газе может возрасти. Абсорбция протекает на поверхности раздела фаз в аппаратах, называемых абсорберами, поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. По способу образования этой поверхности абсорберы можно условно разделить на поверхностные, распыливающие и барботажные. Поверхностные абсорберы поглощают газ пленкой жидкости, образующейся на поверхностях, смачиваемых жидкостью и омываемых газом. В таких абсорберах газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости. Примером пленочного абсорбера может служить трубчатый абсорбер, в котором жидкость стекает сверху вниз по внутренней поверхности труб, омываемых поднимающимся снизу вверх газом. В качестве насадочных абсорберов широкое распространение получили колонны, заполненные насадкой – твердыми телами различной формы. В насадочной колонне насадка укладывается на опорные решетки, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости. Жидкость в насадочной колонне течет по элементу насадки в виде тонкой пленки, но течение жидкости происходит только по элементу насадки, а не по всей высоте аппарата. При перетекании жидкости с одного элемента на другой пленка жидкости разрушается. Барботажные абсорберы представляют собой обычно вертикальные колонны, внутри которых размещены горизонтальные перегородки – тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие жидкости и газа. В распыливающих абсорберах контакт между фазами достигается путем распыливания или разбрызгивания жидкости в газовом потоке. 2. Адсорбция – это диффузный процесс, в котором повышенная концентрация отделяемого газообразного вещества образуется на границе раздела фаз в результате связывания этих веществ на поверхности твердого или жидкого соединения. Если между молекулами адсорбированного вещества и адсорбента не происходит химических реакций, то подобный процесс относится к физической адсорбции, в отличие от хемосорбции , когда происходит перенос или объединение электронов адсорбента и адсорбата, как у химических соединений. При физической адсорбции адсорбированное вещество можно полностью удалить при обратном процессе (десорбции), например, понизив давление или увеличив температуру, а хемосорбированное вещество вернуть в газовую фазу невозможно, т.к. процесс необратим. Поскольку процессы хемосорбции идут только в тонких поверхностных слоях адсорбента, то для повышения эффективности процесса активную поверхность хемосорбента увеличивают за счет нанесения его тонкими слоями на поверхности инертного тонкодисперсного носителя. В промышленности в качестве поглотителей чаще всего применяют активные угли и минеральные адсорбенты (силикагель, цеолиты и др.), а также синтетические ионообменные смолы (иониты). Процессы адсорбции могут проводиться периодически (в аппаратах с неподвижным слоем адсорбента) и непрерывно в аппаратах с движущимся или кипящим слоем адсорбента. 3. Конденсация может быть применена для обработки систем, содержащих пары веществ при температурах, близких к их точке росы. Этот метод наиболее эффективен в случае углеводородов и других органических соединений, имеющих достаточно высокие температуры кипения при обычных условиях и присутствующих в газовой фазе в относительно высоких концентрациях. Для удаления загрязнителей, имеющих достаточно низкое давление пара при обычных температурах, можно использовать конденсаторы с водяным и воздушным охлаждением. Для очень летучих растворителей возможна двухстадийная конденсация с использованием водяного охлаждения на первой стадии и низкотемпературного охлаждения – на второй. Замораживание до очень низких температур только с целью удаления загрязнителей редко является целесообразным; если в замораживании нет необходимости по каким-либо другим технологическим причинам. Максимальное снижение содержания инертных или неконденсирующихся газов в обрабатываемой смеси позволяет облегчить проведение процесса конденсации и повысить ее экономическую эффективность. Конденсацию можно проводить при непосредственном контакте или косвенном охлаждении. В первом случае охлаждаемый пар непосредственно контактирует с охлажденной или замороженной жидкостью. При косвенном охлаждении используется поверхностный конденсатор с металлическими трубками. Трубки охлаждаются жидким хладореагентом с другой стороны стенки. В случае неконденсирующихся газов пере охлаждением проводят их сжатие, что позволяет достичь эквивалентного парциального давления загрязняющего вещества при более высоких температурах. 4. Очистка газов дожиганием представляет собой метод очистки газов путем термического окисления углеводородных компонентов до СО 2 и Н 2 О. Это определение может быть полностью отнесено и к жидким отходам. В ходе процесса другие компоненты газовой смеси, например, галоген- и серосодержащие органические соединения, также претерпевают химические изменения и в новой форме могут эффективно удаляться или извлекаться из газовых потоков. С точки зрения охраны окружающей среды очистка газов методом дожигания обеспечивает требуемую чистоту выбросов в атмосферу с минимальным содержанием непрореагировавших углеводородов, оксидов азота и серы, галогенов и других органических соединений. 5. Химические методы очистки отходящих газов . Устранение нежелательных компонентов в газах с использованием химических методов означает, что в основе процесса лежит химическая реакция, и ее роль является преобладающей по сравнению с процессами адсорбции, абсорбции, конденсации или сжигания. В большинстве случаев, однако, технология сочетает в себе несколько операций и достаточно сложно классифицировать метод очистки в соответствии с перечисленными физико-химическими методами. Рассмотрим химические методы на примере очистки газов от оксидов азота и серы.

Очистка газов от оксидов азота . Наиболее часто для очистки от NO X применяются два метода: некаталитическое гомогенное восстановление NO X добавками аммиака и селективный гетерогенно-каталитический процесс восстановления оксидов азота в присутствии NН 3 .

Некаталитический процесс основан на восстановлении NO до N 2 и Н 2 О в присутствии кислорода и вводимого восстановителя – аммиака (NН 3) и предназначен для очистки отходящих газов систем сжигания от оксидов азота. Метод селективного каталитического восстановления (СКВ) основан на реакции восстановления оксидов азота аммиаком на поверхности гетерогенного катализатора в присутствии кислорода. Термин селективный в данном случае отражает предпочтительное протекание каталитической реакции аммиака с оксидами азота по сравнению с кислородом. В то же время кислород является реагентом в каталитической реакции. Метод СКВ применим прежде всего к топочным газам в условиях полного сгорания – содержание кислорода в них не более 1% и отходящий газ подвергается химической реакции в окислительных условиях. Неселективное каталитическое восстановление (НСКВ). В данном методе восстанавливающий агент – аммиак заменяется другими восстановителями (Н 2 , СО, углеводороды). Эти восстановители действуют неселективно, поскольку взаимодействуют с кислородом и SO 2 газового потока: это взаимодействие идет параллельно с целевой реакцией восстановления оксидов азота, что требует значительного избытка восстановителей.

б. Очистка газов от SO 2 . Методы очистки газов от SO 2 предполагают предварительную стадию адсорбции SO 2 , но их основу составляют химические превращения оксидов серы в новое химическое соединение, выделяемое из газового потока.

Процесс с использованием С uO / CuSO 4 . Метод обеспечивает одновременную очистку газов от NO X и SO X в присутствии катализатора – оксида меди (CuO) , нанесенного на оксид алюминия. Топочный газ подается в реактор с параллельным расположением каналов для прохождения газового потока, заполненных катализатором. Методы с добавлением извести: приготовление гранул из угольной крошки с добавлением извести для использования в колосниковых топках и добавление порошкообразной извести к угольной пыли для использования в топках с форсуночным распылением топлива. Введение сухого сорбента позволяет снизить концентрацию диоксида серы на 50%. Сухой щелочной агент вдувается под давлением в магистраль отходящего топочного дыма, и прореагировавшие твердые продукты отделяются от потока. Для отделения используются тканевые фильтры.

В настоящее время наиболее актуальной является проблема обеспечения малых концентраций токсичных веществ и загрязнений в районе располо­жения источников вредных выбросов.

Радикальным способом уменьшения выброса вредностей является пере­ход на газообразное топливо там, где это возможно.

Проблему уменьшения вредных выбросов можно решить различными способами, главными из которых являются:

1. Уменьшение содержания вредных веществ в топливе.

2. Снижение количества вредных веществ, образующихся в ходе горения.

3. Очистка продуктов сгорания от вредных примесей перед выбросом в атмосферу посредством установки различных уловителей и фильтров.

4. Рассеивание вредных веществ в атмосфере на большие площади с тем, чтобы создать малые концентрации вредностей в районе расположения теплогенерирующего предприятия.

Уменьшение содержания вредных веществ в топливе сопряжено со зна­чительными трудностями. Очистка твердых топлив практически неосуще­ствима, очистка жидких и газообразных топлив (очистка мазута от серы на нефтеперерабатывающих заводах и получение малосернистого природного газа) требует существенных затрат. Уменьшение содержания серы в мазуте на 0.5% увеличивает стоимость топлива, а снижение содержания серы в мазуте с 2.5 до 0.5% удваивает его стоимость. В связи с этим очистка топлив от вредных веществ в настоящее время ограничена.

На практике применяют очистку продуктов сгорания перед их выбросом в атмосферу, а также принимают меры к уменьшению количества вредных веществ, возникающих в процессе горения.

Основным методом борьбы с выбросом золовых частиц и сажи при сжигании твердых и жидких топлив является применение золоуловителей. Золоуловители бывают механические (сухие и мокрые) и электрические . В механических отделение частиц золы от дымовых газов происходит либо за счет изменения направления и скорости потока, либо за счет центробеж­ных сил, возникающих при закрутке потока в специальных устройствах (циклонах). Для повышения эффективности инерционные золоуловители объединяют в группы (батареи). Степень золоулавливания батарейных циклонов достигает 82… 90%.

В электрических золоуловителях частицы золы и пыли приобретают заряд в электрическом поле и улавливаются электродами. Степень очистки газов в электрических фильтрах может достигать 99… 99.5%.

Очистка продуктов сгорания топлив от сернистых соединений выполня­ется с учетом того, что при полном сжигании топлива практически вся сера сгорает и в продуктах сгорания находится, в основном, малореакционный диоксид серы (99%) и лишь 1% триоксида серы. Вода может улавливать существенную часть триоксида серы, а диоксид серы поглощается водой в очень малой степени. Для увеличения доли улавливания необходимо применять поглотители. Приемлемыми являются простейшие с точки зре­ния технологии и применяемой аппаратуры методы, предусматривающие использование наиболее доступных и дешевых реагентов. Одним из таких методов является метод известкования, основанный на нейтрализации сернистой кислоты, полученной в результате растворения диоксида серы дымовых газов щелочными реагентами. Применяя известковое молоко для орошения потока дымовых газов, можно добиться улавливания до 90% диоксида серы.

Основными недостатками метода является образование в газоочистной аппаратуре трудно смываемых карбонатных отложений, а также то, что применение известковых суспензий затрудняет работу распылителей и жидкостных трактов системы газоочистки. С целью устранения этих недо­статков применяется известково-щелочной способ улавливания диоксида серы, при котором улавливание оксидов серы осуществляют с помощью щелочного раствора, а известь используют для подщелачивания жидкости. Описание способа очистки, технологических схем и оборудования приво­дится в специальной литературе.

При сжигании газообразных топлив основная составляющая вредных выбросов -это оксиды азота. Очистка продуктов сгорания от оксидов азота технически сложна и в большинстве случаев экономически нерента­бельна. Необходимо принимать все меры к снижению образования оксидов азота в топках за счет внедрения наиболее рациональных режимов горения, а также применения различных мероприятий конструктивного характера. Для осуществления этих мер необходимо знать наиболее существенные факторы, влияющие на образование оксидов азота.

Решающее влияние на образование оксидов азота при горении оказывает температура. Чем выше значение температуры, тем больше образуется оксидов азота.

Большая часть оксидов азота возникает за счет реакций с азотом воздуха. По длине факела концентрация оксидов азота почти не изменяется и остается близкой к равновесной, соответствующей температуре газов на выходе из топки. За топочным объемом оксиды азота почти не образовы­ваются. В газоходах котлов только 1… 5% общего количества оксида азота доокисляется до диоксида.

Кроме температуры в ядре факела, концентрация оксидов азота зависит от величины избытка воздуха, теплового напряжения топочного объема и эквивалентного диаметра топки.

Для уменьшения выхода оксидов азота следует стремиться к умень­шению значений всех этих величин в ходе эксплуатации котельного аг­регата. Однако это требование находится в противоречии с основными тенденциями проектирования котлов. Уменьшение теплового напряжения приводит к увеличению габаритов топки и удорожанию котельного аг­регата, уменьшение эквивалентного диаметра топочного объема снижает теплопроизводительность.

Избыток воздуха в топке, при котором получается наибольший выход оксидов азота, зависит от максимальной температуры горения данного топлива. В среднем значение этих температур тем выше, чем большей теплотой сгорания обладает топливо. В соответствии с этим максимальное количество оксидов азота образуется при значении коэффициента избытка воздуха для газа, мазута и высококалорийных углей -1.16, для бурых углей-1.13. При наличии подогрева воздуха выход оксидов азота уве­личивается, так как повышается температура в ядре факела. Так, нагрев воздуха до 300° С повышает выход оксидов азота в 2 раза.

Существенное влияние на выход оксидов азота оказывают условия смешивания топлива с воздухом и условия подачи смеси в топку, т. е. тип и устройство горелки. Выход оксидов азота всегда повышается при увеличении размеров горелки и турбулентности факела пламени. При наличии турбулентного факела выход оксидов азота менее зависит от коэффициента избытка воздуха, чем в ламинарном факеле. В вихревых горелках с повышенной интенсивностью закрутки развиваются более вы­сокие температуры, и получается больший выход оксидов азота, чем в прямоточных горелках.

Как правило, мероприятия по уменьшению выбросов оксидов азота приводят к усложнению и удорожанию всей установки. Среди основных мероприятий можно указать организацию рециркуляции в топку продуктов сгорания топлива, а также подачу в топку некоторого количества пара. Существуют и другие мероприятия, описанные в специальной литературе.

Кроме газообразных вредных выбросов теплогенерирующие и техно­логические установки являются источниками сбрасывания загрязненных солями, остатками топлива и различными органическими соединениями вод. Для очистки сточных вод необходимо применять специальные меро­приятия, описание которых выходит за рамки данного пособия.

В XX веке появился новый и опасный источник загрязнения окружа­ющей среды - тепловой двигатель. Начиная с 1970 года, годовой прирост автомобильного парка составляет в среднем 4.7% по легковым автомобилям и 5.1% по автобусам и грузовым автомобилям. Если эта тенденция сохраг нится, то в 2030 году по дорогам земного шара будет бегать 1 миллиард автомобилей.

Автомобильные выхлопы обостряют глобальные экологические пробле­мы. При выработке одного бензобака образуется до 180 кг диоксида углеро­да-основного парникового газа, несущего угрозу глобального потепления. В целом в мире автомобильный транспорт выделяет примерно 14% (1990 г.) от всего диоксида углерода.

Административные методы управления: возможности и ограничения использования

Административные методы управления: возможности и ограничения использования.

Проблему уменьшения поступления ЗВ в атмосферу из стационарных источников решают двумя основными способами: путем использования технологических методов снижения и установкой пылегазоочистного оборудования. Применение того или иного метода подавления зависит от вида ЗВ, выброс которого необходимо уменьшить, технологического процесса и технических характеристик ИЗА.

Методы снижения выбросов SО2:

Технологическими методами уменьшения выбросов SО2 являются переход на сырье и топливо с более низким содержанием серы и использование на предприятиях теплоэнергетики промышленного и бытового назначения котельного оборудования с кипящим слоем.

Из-за ухудшающейся в последнее время структуры потребления топлива и использования его высокосернистых видов основным методом подавления выбросов SO2 считают применение установок по десульфуризации отходящих газов.

Известны аммиачный, аммиачно-циклический доломитовый методы очистки и метод, основанный на окислении SО2 на ванадиевом катализаторе. За рубежом широко используют метод подавления SО2, при котором дымовые газы орошаются известковым молоком в скрубберах. Однако в СССР, кроме отдельных опытно-промышленных установок, серийного оборудования по очистке отходящих газов от SO2 не выпускают. В этих условиях наиболее реальна замена высокосернистого топлива на низкосернистое.

Снижение выбросов NОх:

Основнымистационарными источниками поступления NOх в атмосферу являются процессы сжигания органического топлива и производство HNO3.

В источниках, сжигающих органическое топливо, наиболее эффективны технологические методы уменьшения выбросов NOх. К ним относятся рециркуляция дымовых газов, применение специальных режимов горения и горелочных устройств и др. При правильной организации рециркуляции дымовых газов степень подавления NOх может достигать 30 - 40 %. Однако эффективность такого метода резко уменьшается с уменьшением номинальной мощности котельного оборудования.

К технологическим методам относятся стадийное или нестехиометрическое сжигание топлива. Данный метод наиболее предпочтителен для котлов малой и средней производительности пара до 200 т/ч, при работе котлоагрегата с минимально допустимыми избытками воздуха.

Эффективное подавление NOх наблюдается и при использовании специальных горелочных устройств с низким образованием NOх, таких, как низкотемпературные вихревые горелки и др.

При производстве НNО3 в химической промышленности NOх подавляют за счет улучшения конструкции и правильной эксплуатации технологического оборудования.

В настоящее время стали активно разрабатывать методы денитрификации дымовых газов.

В первую очередь к ним относится введение NН3 в дымовые газы, содержащие NO. Этот метод наиболее эффективен при температуре дымовых газов 970 ± 50 °С.

Недостатком данного метода является наличие в выбросах NН3. При использовании сернистых видов топлива газоходы могут забиваться бисульфатом аммония.

Другой метод очистки основан на селективном каталитическом восстановлении NO до N2 аммиаком в присутствии катализатора (обычно TiO2 или V2O5).

К перспективным методам очистки в настоящее время относят метод облучения аммиачно-газовой среды электронным пучком.

Снижение выбросов СО:

Наибольшее количество СО выбрасывается в атмосферу в литейном и химическом производстве, при производстве сажи и малеинового ангидрида. Основным методом подавления выбросов СО является организация его дожигания.

Снижение выбросов углеводородов:

Основными загрязнителями атмосферы углеводородами являются металлургическая, нефтехимическая и химическая промышленности.

Организованные источники выбросов углеводородов в основном оснащаются системами мокрой очистки в скрубберах или системах дожигания, неорганизованные - системами герметизации и другими технологическими методами уменьшения выбросов.

Основные «Парниковые газы» - газы, которые предположительно вызывают глобальный парниковый эффект

Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются: водяной пар, углекислый газ, метан, озон, галоуглероды и оксид азота.

Основные парниковые газы:

Водяной пар - основной естественный парниковый газ, ответственный более, чем за 60 % эффекта. Прямое антропогенное воздействие на этот источник незначительно. В то же время, увеличение температуры Земли, вызванное другими факторами, увеличивает испарение и общую концентрацию водяного пара в атмосфере при практически постоянной относительной влажности, что, в свою очередь, повышает парниковый эффект. Таким образом, возникает некоторая положительная обратная связь. С другой стороны, облака в атмосфере отражают прямой солнечный свет, тем самым, увеличивая альбедо Земли, что несколько уменьшает эффект.

Углекислый газ: Источниками углекислого газа в атмосфере Земли являются вулканические выбросы, жизнедеятельность организмов, деятельность человека. Антропогенными источниками является сжигание ископаемого топлива, сжигание биомассы (в т. ч. сведение лесов), некоторые промышленные процессы (например, производство цемента). Основными потребителями углекислого газа являются растения. В норме биоценоз поглощает приблизительно столько же углекислого газа, сколько и производит (в т. ч. за счет гниения биомассы).

Метан: Основными антропогенными источниками метана являются пищеварительная ферментация у скота, рисоводство, горение биомассы (в т. ч. сведение лесов). Как показали недавние исследования, быстрый рост концентрации метана в атмосфере происходил в первом тысячелетии нашей эры (предположительно в результате расширения сельхозпроизводства и скотоводства и выжигания лесов). В период с 1000 по 1700 годы концентрация метана упала на 40 %, но снова стала расти в последние столетия (предположительно в результате увеличения пахотных земель и пастбищ и выжигания лесов, использования древесины для отопления, увеличения поголовья домашнего скота, количества нечистот, выращивания риса). Некоторый вклад в поступление метана дают утечки при разработке месторождений каменного угля и природного газа, а также эмиссия метана в составе биогаза, образующегося на полигонах захоронения отходов.

Озон : в земной атмосфере озон распределяется неравномерно. Большая часть озона естественного происхождения находится в нижних слоях стратосферы, где происходит множество фотохимических реакций с участием ультрафиолетового излучения. Однако, не это является главной причиной сравнительно высоких концентраций озона в этой области, так как энергии ультрафиолетового излучения в нижних слоях стратосферы не достаточно для образования больших количеств этого вещества. На концентрации озона большое влияние оказывают такие факторы, как разогрев и охлаждение (расширение и сжатие) и ветры, которые переносят озон из одного места в другое.

Некоторые количества озона попадают в нижние слои атмосферы - тропосферу. Кроме того, озон попадает в тропосферу и в результате человеческой деятельности. Когда в атмосферу попадает угарный газ (СО), метан и другие углеводороды, вместе с выхлопами автомобилей и из других источников искусственного происхождения, то, вступая в реакцию с оксидами азота, под влиянием солнечного света, они образуют озоновый смог (фотохимический смог) тропосферы. Озоновый смог является причиной возникновения проблем со здоровьем у населения в наших городах, переполненных транспортом.

Озон в верхней тропосфере и в нижней стратосфере является парниковым газом.

Галоуглероды: Представляют собой класс химических соединений как антропогенного, так и природного происхождения. Они содержат углерод и один или более атомов, относящихся к галогенам (группа химических элементов) - фтору и хлору2. С точки зрения глобального потепления наибольшее значение имеют хлорофторуглероды (CFC, также известные под своей торговой маркой, фреоны), в особенности, CFC-11 и CFC-12. Несмотря на то, что они присутствуют в атмосфере в крайне незначительных количествах, эти химические соединения, помимо своего воздействия на истощение озонового слоя, являются сильными поглотителями тепла. На галоуглероды приходится около 10 процентов глобального потепления, но концентрация этих соединений в атмосфере начала сокращаться в результате международного запрета на их производство и потребление. Измерения концентрации сходных соединений, используемых в качестве замены фреонам, - гидрохлорофторуглеродов (HCFC) и гидрофторуглеродов (HFC) - показывают ее рост. Если их концентрация будет продолжать увеличиваться, эти альтернативные вещества могут оказать значительное влияние на глобальное потепление в будущем.

Оксид азота (N2O): Как и СО2, оксид азота является естественным компонентом атмосферы. Однако интенсивное использование искусственных азотных удобрений и сжигание ископаемого топлива в двигателях внутреннего сгорания составляет большую часть антропогенных выбросов N2O. На него приходится около 6 процентов глобального потепления.

Содержание раздела

8.1.1. С целью снижения образования NО x в приосевой зоне горелочных устройств в котлах ТГМП-204, отапливаемых жидким топливом, предлагается модернизировать горелки . Более эффективным по мнению авторов при сжигании жидкого топлива в силу стадийности его подготовки, является ввод газов рециркуляции через отдельный канал . При этом подбирается такое соотношение скоростей воздуха и газов, при котором газы не балластируют прикорневую область горения, а достигают активной зоны горения и тормозят образование NО x в этой зоне.

На рис. 8.1 приведена схема модернизированной горелки котла ТГМП-204. Горелка состояла из двух каналов подачи воздуха (центрального и периферийного), снабженных тангенциальными регистрами.

Рис. 8.1. Схема модернизированной горелки для сжигания жидкого топлива в топке котла ТГМП-204

Скорость истечения воздуха на выходе из каналов соответственно 60 и 70 м/с. По периферии горелки расположен канал ввода газов рециркуляции со скоростью 26 м/с. В центре горелки установлена мазутная форсунка с углом раскрытия топливного факела 85°. Выход канала газов рециркуляции перекрыт кольцом, в котором просверлены отверстия диаметром 60 мм, обеспечивающие истечение газов рециркуляции со скоростью ∼50 м/с (вместо 26 м/с). На рисунке видно, ось струи газов рециркуляции проходит через фронт пламени, и их дальнобойность позволяет достигнуть предполагаемой зоны основного образования оксидов азота. При этом основная часть газов рециркуляции не попадает в корень факела, что положительно сказывается на снижении образования механического недожога q 4 . Модернизация горелок котлов ТГМП-204 позволила сократить содержание NО x в отходящих дымовых газах на 30%.

8.1.2. На котле ТГМ-84Б с целью подавления оксидов азота внедрен дозированный впрыск воды в зону горения . При водотопливном отношении q < 10% это снижение достигает 150÷170мг/м 3 , а при водотопливном отношении q ∼ 8% с работой на пониженных избытках воздуха (α = 1,04÷1,06) концентрация NО x снижается на 200–220 мг/м 3 .

В зависимости от конкретных условий для подавления оксидов может использоваться техническая вода, основной конденсат или сетевая вода.

8.1.3. В топках с фронтальной компоновкой пылеугольных горелок для снижения концентраций NО x в уходящих газах при сжигании нешлакующегося топлива без содержания S считают целесообразным организовать ступенчатый ввод вторичных (третичных) потоков воздуха , направляя их в центральную область топки между концентрированными потоками реагентов.

8.1.4. Для одновременного улавливания оксидов N и S с эффективностью до 90% в предлагают электронно-лучевую обработку дымовых газов .

Этот сухой метод очистки позволяет решить проблемы образования отходов, удаления шламов, повторного нагрева газов. Кроме того, при такой обработке получается порошкообразная смесь побочных продуктов – удобрений (NH 4) 2 SO 2 и NH 4 NO 3 .

Утверждается , что метод электронно-лучевой обработки дымовых газов дешевле мокрых известняковых (скрубберного и каталитического) методов.

8.1.5. В для снижения выхода NО x не менее, чем на 60–70%, предлагается ступенчатое сжигание топлива с вводом азотосодержащих веществ в восстановительную зону горения . Утверждается, что присутствие значительного количества азотосодержащих радикалов RNi в продуктах сгорания в области высоких температур при α < 1обеспечивает эффективное восстановление NО x , образовавшихся на начальной стадии факела, до молекулярного азота. В качестве восстановителя применяются: аммиак – NH 3 , аммиачная вода – NH 4 OH, мочевина – (NH 2) 2 CO, циануровая кислота – (HOCN) 3 .

8.1.6. Модернизация котла, отапливаемого природным газом, БКЗ-420-140 НГМ-4 путем оснащения его дутьем воздуха над горелками верхнего яруса привело к резкому снижению содержания NО x в дымовых газах .

8.1.7. На котлах с жидким шлакоудалением ТПП-312 (паропроизводительность 950 т/ч, параметры пара: 25 МПа, 545 °С) с целью снижения NО x внедрено трехступенчатое сжигание топлива . Внедрение осуществлялось путем установки дополнительных прямоточных газовых горелок и установки сопл третичного дутья (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Схема трехступенчатого сжигания на котле ТПП-312: 1 – основные грелки; 2 – дополнительные горелки и газы рециркуляции; 3 – сопла третичного воздуха; 4 – верхние сопла рециркуляции

Дополнительные горелки были установлены встречно на фронтовом и заднем экранах, а сопла третичного дутья были размещены выше дополнительных горелок. Для обеспечения требуемой по условию шлакования ширм температуры газов в верхней части топки был выполнен аэродинамический выступ.

В результате модернизации выбросы NО x сократились в два раза. Надежность и экономичность работы котла при этом не снизились.

8.1.8. При сжигании углей различных видов в основной горелке и подаче природного газа или жидкого топлива во вторую ступень , позволили получить качественные характеристики процесса:

• - ввод вторичного топлива следует осуществлять за зоной активного горения по потоку газов;
• - количество топлива, подаваемого во вторую ступень, должно составлять около 20–25% по теплу;
• - коэффициент избытка воздуха – á в агенте, транспортирующем топливо-восстановитель, не должен превышать 0,35;
• - в качестве топлива-восстановителя предпочтительней природный газ.

Соблюдение при модернизациях указанных качественных характеристик обеспечивает снижение концентрации оксидов азота в 3 и более раз .

Там же утверждается, что высокотемпературный (до 600–800 °С) подогрев топливной пыли позволяет снизить в 3–5 раз образование «топливных» оксидов азота в пылеугольном факеле.

8.1.9. Результат от внедрения комплекса различных методов подавления NО x применительно к котлу ТГМП-114 (а) и котлу ТГМ-96Б, отапливаемых мазутом, приведен на рис. 8.3 .

Рис. 8.3. Применение комплекса технологических методов для подавления NО x на газомазутных котлах при О 2 = 6%: I – исходный вариант; II – малотоксичные горелки; III – горелки + рециркуляция; IV – горелки + ступенчатое сжигание + рециркуляция; V – ступенчатое сжигание; VI – ступенчатое сжигание + рециркуляция

8.1.10. Замена инжекционных горелок (ИГК) на вихревые газомазутные горелки дутьевого (напорного) типа у котлов паропроизводительностью до 10 т/ч («ДКВ», «ДКВР», «ДЕ», «Универсал» и др.) снижает содержание NО x в дымовых газах ∼ в 1,5–1,6 раза .

8.1.11. Модернизация горелок на котле ТГМ-84, отапливаемого природным газом, позволила снизить содержание NО x в уходящих дымовых газах н 30% и довести концентрацию NО x до 110 мг/м 3 при á = 1,4 .

Рис. 8.4. Газомазутная горелка котла ТГМ-84: а – проектная, б – модернизированная

До модернизации эксплуатировались горелки конструкции ЦКТИ (рис. 8.4, а ): газы рециркуляции в горелки подавались по периферии улиточного короба. В модернизированных горелках (рис. 8.4, б ) газы рециркуляции подаются по всему радиусу улитки.

8.1.12. Предварительная (вне топки) термическая подготовка угля – нагрев угля в бескислородной среде до температуры 650–850 °С способствует развитию процесса пиролиза угольных частиц с разрушением термически неустойчивых азотосодержащих соединений и переходом выделяющегося атомарного азота в молекулярный инертный азот.

Разработанная «Уралтехэнерго» встроенная система подогрева пыли (ВСП) полностью обеспечивает предварительную термическую подготовку угля . ВСП может быть использована в пылеугольных грелках различного типа – вихревых, прямоточных, плоскофакельных – при подаче в систему высококонцентрированной аэросмеси. Конструктивно ВСП состоит из двух основных разъемных блоков – камеры сжигания вспомогательного топлива и рабочего канала (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Конструктивная схема вихревой пылегазовой горелки со встроенной системой подогрева угольной пыли (ВСП): 1 – основная горелка; 2 – камера сжигания вспомогательного топлива; 3 – рабочий канал; 4 – вспомогательная газовая горелка; 5 – патрубок подачи высококонцентрированной аэросмеси; 6 – запальник

Камера сжигания служит для воспламенения топливовоздушной смеси и формирования факела в ограниченном объеме.

В рабочем канале происходит: догорание вспомогательного топлива; смешение угольной пыли с высокотемпературными продуктами сгорания вспомогательного топлива; подогрев угля и выделение летучих.

Опыт промышленной эксплуатации ВСП позволил существенно улучшить выгорание топлива – содержание горючих в уносе составляет 5–6%. Концентрация оксидов азота в дымовых газах снижается до 60–70% от исходного уровня.

8.1.13. Низкоэмиссионная вихревая технология – НВТ или образование вихревого низкотемпературного процесса (НВТ) происходит в результате взаимодействия встречно-смешенных струй, вытекающих из наклоненной вниз под углом á горелки, и воздушного сопла нижнего дутья, установленного внизу топки по всей ее ширине и направленного вдоль ската холодной воронки под горелки (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Аэродинамическая схема низкотемпературного вихревого процесса

Наклон горелок позволяет направить значительную массу топлива в нижнюю часть топки, где наиболее крупные фракции при развороте струи под действием инерции и собственной массы сепарируются из потока, вовлекаются нижним дутьем в многократную циркуляцию и сгорают в низкотемпературном вихре, а мелкие сгорают в прямоточной части факела .

Подача практически всего вторичного воздуха только через верхние сопла обеспечивает на начальном участке нижних ярусов избытки воздуха, равные 0,3–0,5. Поэтому горение в верхней части топки ведется в режиме дожигания, а в нижней – в полувосстановительной атмосфере. Снижение максимальной температуры в топке и на выходе из нее исключает шлакование экранов и пароперегревателя.

Внедрение НВТ путем модернизации котлов ПК-10, отапливаемых твердым топливом, позволило снизить в отходящих газах содержание:

• - NО x (при О 2 = 6% и при нормальных условиях) с 900–860 мг/м 3 до 330–415 мг/м 3 ;
• - SO 2 на 25–35%.

В объем модернизации (рис. 8.7) входят:

• реконструкция горелок, связанная с установкой дополнительных насадок на сопла аэросмеси и вторичного воздуха;
• устройство ввода нижнего дутья;
• размещение воздуховодов с регулирующими органами (шиберами);
• ввод дробленки CaCO 3 (фракция 0,035 м) посредством дозатора на угольную ленту существующей топливоподготовки.

Рис. 8.7. Схема модернизации котлов ПК-10

8.1.14. При реализации схемы двухступенчатого сжигания пылеугольного топлива на котлах с фронтальным расположением горелок или открытыми амбразурами (например, на котлах БКЗ-75-39 ФБ) в предлагают определять по следующим формулам.

Оптимальную область ввода третичного воздуха в соответствии с :

H = 0,5(D г + h 3) + 1,5(V daf /10) 0,5 , м,

где Н – расстояние между осями горелок и воздушных сопл, м; D г – диаметр горелки, м; h 3 – высота выходного сечения сопла, м; V daf – выход летучих на горючую массу, %.

Долю третичного воздуха по формуле:

∆α 3 = α″ т – (α г + ∆α т),

где α т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, ∆α т – присосы воздуха в топочную камеру, α г – коэффициент избытка воздуха в горелках.

Эффективность ступенчатого сжигания в соответствии с :

η Nox = 340 (H 0,5 – 3∆α3) × , %;

Увеличение температуры газов на выходе из топки – ∆Θ″ т в соответствии с :

∆Θ″ т = 35Н(1,1 – α г) 0,5 , °С;

Потери тепла с механическим недожогом – ∆q 4 в соответствии с :

∆q 4 = 30*H /V daf *(1,1 – α г) 2 , %.

8.1.15. Количество «термических NO x », образующихся при горении топлива, зависит от уровня максимальной температуры в ядре горения, а при горении природного газа образуются еще и «быстрые NO x », количество которых практически не зависит от температуры факела. Считают , что единственным средством для снижения «быстрых» – это полное предварительное смешение топлива с воздухом .

Фирмой Radiom Corporation (США) разработана горелка R-RMB TM . Эта горелка по данным подавляет образование как «термических» так и «быстрых» NO x . Принципиальная схема горелки приведена на рис. 8.8. Особенностью горелки является способность чрезвычайно быстрого смешения топлива с газовоздушной смесью. Достигается это в результате вода мельчайших струй природного газа в поток газовоздушной смеси в межлопаточном пространстве, обеспечивая тем самым высокую турбулентность потока.

Рис. 8.8. Схема работы горелки R-RMB TM: 1 – центральная форсунка для мазута; 2 – природный газ; 3 – воздух и газы рециркуляции; 4 – закручивающие лопатки (в промежутки лопаток подается природный газ); 5 – распыленный (дисперсный) мазут; 6 – смесь природного газа, воздуха и газов рециркуляции; 7 – стенка топочной камеры; 8 – наружная зона рециркуляции; 9 – внутренняя зона рециркуляции; 10 – участок интенсивного перемешивания топлива с газовоздушной смесью

Ориентировочно: длина факела ∼1,8 м; сопротивление по воздуху ∼1650 Па; сопротивление по природному газу ∼34–35 Па – соответствуют оптимальному режиму работы горелки.

Горелка R-RMB TM по данным обеспечивает снижение концентраций NO x в отходящих дымовых газах до уровня, который возможен при использовании метода селективного каталитического восстановления с использованием аммиака, т.е. до 9 ÷ 5 ppm (1 ppm = 1 см 3 /м 3). Отсутствие ступенчатой подачи топлива или воздуха при использовании горелок R-RMB TM позволяет избегать побочных отрицательных явлений. В частности в продуктах сгорания практически отсутствуют CO и углеводороды.

8.1.16. Эффективным методом снижения выбросов NO x является применение трехступенчатой схемы сжигания топлива (схема с восстановлением NO x или «Ребенинг») . Сущность схемы заключается в сжигании основной части топлива с избытком воздуха выше стехиометрического, например, α = 1,05 и организации после практически полного завершения выгорания топлива зоны восстановления. Зона восстановления образуется за счет подачи в нее топлива – восстановителя при α = 0,9–1,0. Третья ступень – зона дожигания организуется путем подачи в конец зоны восстановления избыточного третичного воздуха.

Сжигание высокореакционных углей с применением такой схемы позволяет снизить выбросы NO x на 40–60%.