УДК 66.096.5

СОВМЕСТНАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ ТЕПЛОТЫ И ОЧИСТКА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ТЕПЛОПОТРЕБЛЯЮЩИХ УСТАНОВОК

Т. А. Чикина1, В. Ю. Шабельская2, Д. А. Прутских3

1 Студент гр. бПТ-171, Chikina.Tanya@mail.ru 2 Студент гр. мПТ-201,shabelskaya.lera@yandex.ru

3 Канд. техн. наук,dprutskikh@cchgeu.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В данной работе обосновывается возможность использования теплообменников с центробежным псевдоожиженным слоем для совместной регенерации теплоты и очистки дымовых газов теплопотребляющих установок.

Ключевые слова: регенератор, очистка дымовых газов, экономия топлива, слой дисперсного материала.

В продуктах сгорания органического топлива содержатся токсичные окислы серы, азота и летучая зола. В воздушный бассейн нашей страны ежегодно выбрасывается около ста миллионов тонн вредных веществ. Значительный вклад в это количествовносят предприятия, котельные,ТЭСи ТЭЦ.

Существующие системы очистки дымовых газов имеют значительные габариты, сложную и громоздкую технологическую схему и резко увеличивают себестоимость продукции. Поэтому весьма актуальна задача создания и разрботки систем очистки дымовых газов от вредных примесей, которые отличались бы компактностью, малыми затратами энергии, простотой изготовления и надёжностью в эксплуатации.

Весьма перспективны для этих целей аппараты с центробежным слоем мелкозернистого материала, используемого в качестве развитой поверхности массообмена [1]. Подбором материала насадки или их композиции можно одбиться одновременного удаления нескольких примесей в едином процессе, а в отдельных случаях и получения при этом продуктов, пригодных к реализации. Интенсивность тепло- и массообмена, характерная для таких псевдоожиженных систем обеспечивает их компактность и скоростную очистку газов. Кроме сухих способов очистки газов в этих аппаратах можно реализовать и мокрую при контакте очищаемого газа с водным раствором известкового молока или другого раствора на высокоразвитой поверхности слоя и при этом совместить процессы очистки и утилизации теплоты дымовых газов.

89

Анализ работы системы очистки дымовых газов проведён на действующей ТЭС. На Воронежской ТЭЦ-2 применяется очистка дымовых газов отозлы, причём система золоулавливания состоит из двух ступеней.

Первая ступень– это батарейные мультициклоны типа БЦВ 254/156, окторые установлены в газоходе котлов за хвостовыми поверхностями нагрева.

Вторая ступень –батарейные циклоны типа БЦУ-2х10х12-1.

В котлах сжигалось твёрдое топливо (уголь АШ) с незначительной «подсветкой» мазутом.

Система золоулавливания Воронежской ТЭЦ-2 работает достаточно надёжно, но не обеспечивает необходимой степени очистки дымовыхазовг .

Степень очистки дымовых газов от золы в-йI ступени золоулавливания составляет 52,5 %, во II-й ступени– 83 %, а в золоулавливающей установке вец-

лом 91,5 %.

Возможно дополнить существующую систему очистки дымовых газов от вредных выбросов регенеративным теплообменным аппаратом с циркулирющим псевдоожиженным слоем промежуточного теплоносителя. Необходимо установить по одному регенеративному теплообменнику за каждым из трёх энергетических котлов, за второй ступенью золоулавливания. Теплообменник будет играть двоякую роль. Дымовые газы, реагируя с мелкодисперсны материалом, используемого в качестве насадки, будут частично очищаться от вредных выбросов (соединений серы и азота), а также будут нагревать воздух, идущий на горение,до 90°С.

Наиболее трудоёмкая работа при проектировании данной (третьей) ступени очистки дымовых газов состоит в выборе материала насадки.

Вредные вещества, находящиеся в дымовых газах, контактируя с веществами, составляющими мелкозернистый материал, будут химически связываться ими.

На поверхности частиц промежуточного теплоносителя образуется оболочка твёрдого вещества– продукта взаимодействия окислов серы и азота с евществами, из которых состоит мелкозернистый материал. С течением времени толщина этой оболочки будет расти, соответственно, будет ухудшаться химическое взаимодействие исходных веществ. В результате псевдоожижения происхдит самоочистка частиц за счёт столкновения мелкозернистого материала друг с другом и со стенкамиаппарата, следствием которого будет истирание (выкрашивание) оболочки с поверхности частиц. Химическое взаимодействие частиц мелкозернистого материала и веществ, находящихся в дымовых газах, вновь нормализуется[2].

Важным параметром, описывающим эффективность химического взаимодействия веществ, содержащихся в отходящих газах, и веществ, содержа-

90

щихся в мелкозернистом теплоносителе, является свободная энтальпия или энергия Гиббса. Чем больше по абсолютному значению эта величина, тем эффективнее протекает химическая реакция.

Были просчитаны реакции взаимодействия веществ, составляющих мелкозернистый промежуточный теплоноситель (CaO, MgO, CaCO3, MgCO3, NaOH, Na2CO3, NaHCO3) и веществ, находящихся в дымовых газах (SO2, SO3, паров H2SO4 и HNO3).

Наибольшие значения энергии Гиббса оказались в химических уравнениях взаимодействия CaO и NaOH с соединениями серы и азота.

Далее были просчитаны равновесные концентрации вредных веществ в дымовых газах. Если концентрации вредных веществ превышают равновесные, то очистка дымовых газов от этих веществ возможна. Теоретически, очистка дымовых газов от соединений серы и азота протекаетдо их равновесных концентраций, т.е. практически до следов вредных примесей выдмовых газах.

Для проверки эффективности очистки планируетсяразработка экспериментальной установки с регенеративным теплообменником на площадке над БЦУ-2-10х12. Расход газов через него будет равен 3600 м3/ч. Выполнен конструктивный расчёт регенеративных теплообменников на расход дымовых газов, равный 3600 м3/ч и на расход газов при номинальной паропроизводительности котла, равной 200 тыс. м3/ч[3].

Проведённые расчётные и экспериментальные исследования в лаборторных условиях позволяют сделать следующие выводы:

-возможно использование данной установки для очистки дымовыхагзов путём химического связывания соединений серы до их минимальных равновесных концентраций;

-температура дымовых газов на выходе из устья дымовой трубы снизится со 155°С до 110°С, тем самым, уменьшив тепловое загрязнение атмосферы [4];

-воздух, подаваемый на горение, будет предварительно подогреваться в регенеративном теплообменном аппарате до 90°С.

-в результате подогрева воздуха в теплообменнике расчётная экономия топлива составит 3855 т.у.т./год[5].

Литературы

1. Пат. 70347 РФ, МПК F23L 15/02. Регенеративный теплообменник / А. В. Бараков, В. Ю. Дубанин, Д. А. Прутских; № 2007110673/22; заявл. 22.03.2007; опубл. 20.10.2008,Бюл. № 2. –3 с.

91

2.Боев, С.В. Установка для очистки отходящих газов от вредных примесей / С.В. Боев, Ю.Н. Агапов //Вестник Воронежского государственноготехнического университета.–2009. –Т. 5. –№ 2. –С. 27-29.

3.Агапов, Ю.Н. Оптимизация параметров теплотехнологических установок с центробежным псевдоожиженным слоем/ Ю. Н. Агапов,А. В. Бараков, В. Ю. Дубанин, Н. Н. Кожухов, Д. А. Прутских // Вестник Воронежского государственноготехнического университета.–2012. –Т. 8.–№ 5. –С. 70-72.

4.Бараков, А.В. Исследование тепловой эффективности регенеративного воздухоподогревателя с дисперсной насадкой / АВ. . Бараков, В.Ю. Дубанин, Д.А. Прутских // Промышленная энергетика.–2008. –№ 5.–С. 28-30.

5.Прутских, Д. А. Оценка технико-экономической целесообразности применения теплообменника регенеративного типа с дисперсной насадкой/ Д. А. Прутских, А. А. Надеев, В. Ю. Дубанин, А. В. Муравьев // Физикотехнические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: труды 22-й науч.-техн. конф.– Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»,2020. –С.11-16.

92