10864

Метод основан на проведении топочного процесса в условиях подавления образования NOХ c последующим дожиганием образовавшихся продуктов неполного сгорания в специальных дожигательных устройствах. Данная схема (рис.2.32) состоит из двух бло-

Рис. 2.32. Комплексная схема очистки продуктов сгорания (дожигание, рециркуляция): 1- котел типа ДКВР; 2 – экономайзер; 3 – дымосос; 4 – дутьевой вентилятор; 5 – дымовая труба; 6 – дожигательное устройство; 7 – газоход рециркуляции; 8 – шибер; 9 – шахта воздухозаборная; 10 – горелка; ВД – воздух дутьевой; ПC– продукты сгорания; Р – газоход рециркуляции газов в топку котла

1 – ый блок предназначен для снижения оксидов азота технологическими методами, то есть путем организации процессов горения по способам подавления образования NOХ [16,17]. Эти методы позволяют за счет незначительной реконструкции газовоздушного тракта достигнуть (30-50)% очистки выбрасываемых дымовых газов от оксидов азота. В 1– ом блоке может быть использовано 3 вида технологических методов, отдельно или в совокупности:

−cтупенчатое сжигание (блок 1а);

−подача воды в топочную камеру (блок 1б);

−рециркуляция продуктов сгорания в топочную камеру (блок 1в).

Тормозит использование технологических методов тот факт, что все они основаны на снижении топочных температур и коэффициента избытка окислителя, т.е. потенциально способствуют образованию и выбросу продуктов неполного сгорания, в том числе канцерогенного бенз(а)пирена.

Это подтверждено нормативной методикой по расчету выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, согласно которой содержание бенз(а)пирена в продуктах сгорания увеличивается в 1,8 раза при рециркуляции и в 2,4 раза при ступенчатом сжигании. Кроме того, снижается КПД котлов, а, следовательно, увеличивается расход топлива.

Эти недостатки устраняются путем применения блока 2, включающего дожигательное устройство (ДУ), предлагаемое автором[8] для устранения выброса продуктов неполного сгорания и углубления степени очистки от оксидов азота

Комплексные схемы (№2, №3) глубокой очистки продуктов сгорания от оксидов азота с дожиганием

Для глубокого снижения выброса оксидов азота предлагается сочетание техноло-

40

гических методов снижения токсичных оксидов азота и методов восстановления (высо-

котемпературного или каталитического) оксидов азота с дожиганием.

Комплексная схема №2 глубокой очистки от оксидов азота (высокотемпературное восстановление) и продуктов неполного сгорания

Схема гомогенного восстановления оксидов азота аммиаком применительно к энергетическим котлам представлена на рис. 2.33.

Данная комплексная схема разработана под руководством автора на основе патента RU 2293254 С2 «Способ очистки продуктов сгорания газообразного топлива от токсичных веществ» (опубликован 10.02.2007) применительно к промышленным котлам с учетом их особенностей, в частности малого объема топочной камеры

Комплексная схема состоит из 4 блоков: блок 1а – ступенчатое сжигание; блок 2 – дожигательное устройство; блок 3 – комплекс устройств по приготовлению аммиака (рис. 2.33) и вводу аммиака в высокотемпературную часть топочной камеры (дожигательное устройство)

В качестве газа-восстановителя в этом процессе используется аммиак, который действует селективно (избирательно). Поэтому этот процесс еще называют селективным некаталитическим восстановлением (процесс СНКВ). Процесс восстановления протекает при температуре (930-9700)° С.

Рис. 2.33. Комплексная схема очистки продуктов сгорания природного газа от оксидов азота и продуктов неполного сгорания: 1 – котёл; 2 – водяной экономайзер; 3 – дымосос; 4 – дымовая труба; 5 – воздухозаборная шахта; 6 – дутьевой вентилятор; 7 – горелка; 8 – оборудование для приготовления пароаммиачной смеси; 9 – дожигательное устройство

Комплексная схема №3 глубокой очистки от оксидов азота (каталитическое восстановление) и продуктов неполного сгорания

Данная комплексная схема состоит из 4 блоков: блок 1в – рециркуляция продуктов сгорания; блок 2 – дожигательное устройство; блок 3 – комплекс устройств по приготовлению аммиака и вводу аммиака в газоход перед каталитическим реактором; блок 4 – ка-

41

котёл; 2 – экономайзер; 3 – абсорбер; 4 – дымосос; 5 – дымовая труба; 6 – горелка; 7 – воздухозаборная шахта; 8 – вентилятор дутьевой; 9 – озонатор

При физической абсорбции обычно используют в качестве абсорбента воду, а также органические растворители, не реагирующие с извлекаемыми компонентами и их водными растворами. Вода – наиболее дешевый и доступный абсорбент для очистки больших объемом газа.

Однако оксид азота NO и диоксид серы SО3 cлабо растворимы в воде. Следовательно, перед поступлением в адсорбер их необходимо окислить до высших оксидов (SО3, N2O5), хорошо растворимых в воде.

В качестве окислителей можно использовать озон, перекись водорода, СlО2 и др. В предлагаемой комплексной схеме использован наиболее эффективный и доступный окислитель – озон. Эффективность озона обуславливается высокой скоростью реакций:

лителя и устройства для равномерного распределения окислителя в продуктах сгорания. Блок 6 представлен абсорбером, в котором распыливается вода. Высшие оксиды

азота и серы (SО3, N2O5), хорошо растворимые в воде, улавливаются орошающей жидкостью и превращаются в капли серной и азотной кислот.

По достижении определенных концентраций раствор этих кислот нейтрализуется

аммиаком и в результате получаются сульфат аммония и аммиачная селитра, которые широко используются в качестве удобрения. Достигаемая степеньочистки продуктов сгорания от NО - 90%, от SО2 - 80%.

Комплексная схема №5 глубокой очистки продуктов сгорания от оксидов азота и серы с использованием озонирования и хемосорбции

Схема состоит из блока приготовления абсорбента (блок 7) и скруббера (блок 6). В качестве абсорбента используются как правило растворы щелочей, а также можно применять любые из представленных ранее в методах очистки от серы.

Рис. 2. 36. Комплексная схема очистки продуктов сгорания от оксидов азота и серы: 1 – котёл; 2 – водяной экономайзер; 3 – скруббер с трубой Вентури; 4 – дымосос; 5 – дымовая труба; 6 – возду-

43

хозаборная шахта; 7 – дутьевой вентилятор; 8 – озонаторы

При химической абсорбции молекулы абсорбента вступают в химическую реакцию с молекулами удаляемых веществ, образуя новое химическое соединение. В данной схеме рис. 3.36 в качестве абсорбента использовано известковое молоко.

Тема: Комплексные схемы очистки выбросов топливосжигающего оборудования от твердых токсичных веществ

В данных схемах возможно сочетание двух аппаратов разной степени сухой очистки (блок циклонов, электрофильтр) или аппарата сухой очистки (блок циклонов) и аппарата мокрой очистки – скруббера.

В качестве примера приведена комплексная схема сухой очистки продуктов сгорания котлоагрегата на основе котла ДКВр.

Рис. 2.37. Комплексная схема сухой очистки продуктов сгорания от твёрдых частиц:1 – котел типа ДКВР; 2 – пневмомеханический забрасыватель твердого топлива; 3 – экономайзер; 4 – блок циклонов; 5 – электрофильтр; 6 – дымосос; 7 – дымовая труба; 8 – воздухозаборная шахта; 9 – вентилятор дутьевой; 10 – источник постоянного тока 11 – осадительный электрод; 12 – коронирующий электрод

Примечание: Оборудование для комплексных схем приведено в методическом по-

собии «Экозащитная техника» [31].

Тема: Оборудование для термической очистки выбросов. Дожигание выбросов в автономных печах. Основы расчета

Методы термического обезвреживания вредных веществ можно разделить на окислительные (дожигание, катализ) и восстановительные (высокотемпературное восстановление, каталитическое восстановление).

Обезвреживание промышленных выбросов методом дожигания

Дожигание традиционно применяется для нейтрализации выбросов технологиче-

44

ских процессов, в которых выделяются токсичные горючие вещества: альдегиды, спирты, растворители (бензол, толуол, ксилол и др.), пары битума, оксид углерода, углеводороды, сажа и др., а именно в химической, электротехнической, электронной, пищевой отраслях промышленности и при производстве лакокрасочных материалов и др.

Высокотемпературное окисление (дожигание) может осуществляться:

–в существующих топках котлов и печей;

–в специально установленных (автономных) топочных камерах.

Примечание: чаще используются автономные топочные камеры, но более перспективным является дожигание вредных веществ в существующих топках котлов и печей.

Автономные топочные камеры

Эффективность обезвреживания выбросов в дожигательных установках определяется свойствами токсичных веществ, подлежащих нейтрализации: температурой самовоспламенения обезвреживаемого вещества и временем пребывания его в необходимой температурной зоне [19].

Температуры самовоспламенения наиболее распространенных горючих загрязнителей отходящих газов промышленности приведены в табл. 4.1

Таблица 2.4. Температуры самовоспламенения t,° С наиболее распространенных горючих загрязнителей отходящих газов промышленности

Дожигание заключается в нагреве выбросов до температур, превышающих температуры воспламенения токсичных компонентов, и выдержке их при этих температурах в присутствии кислорода.

Температура в зоне обезвреживания токсичных горючих веществ должна превышать температуру их воспламенения в 1,5 – 2 раза с целью надежного дожигания вредных ингредиентов смеси, подаваемой на нейтрализацию, но быть не менее 750 0С.

Дожигание может осуществляться путем подачи обезвреживаемой смеси:

45

− в факел сжигаемого топлива (так называемое огневое обезвреживание), где уста-

навливается температурный интервал 1500-1800°С;

− непосредственно в камеру сжигания (топочную камеру), т.е. в зону температур

1300-1100°С.

Конструкция установки дожигания должна обеспечить нейтрализацию токсичного продукта. Горючие примеси с теплотой сгорания более 3500 кДж/м3 при их значительном содержании в очищаемом газе могут использоваться в качестве топлива. Однако в большинстве случаев приходится затрачивать дополнительно топливо (рис. 2.38а), чаще всего

– природный газ для создания необходимой температуры обезвреживания. Чтобы снизить расход сжигаемого топлива (см. расчет автономной камеры), используют устройства для утилизации теплоты, например установку теплообменника для подогрева подаваемой смеси (рис. 2.38 (б))

Рис. 2.48. Схемы термических нейтрализаторов промышленных отходящих газов: а – без теплообменника; б – с теплообменником

Температуру обезвреживания выбросов можно снизить, а полноту очистки увеличить, если топочную камеру оснастить специальными дожигательными устройствами. Это особенно важно при обезвреживании технологических выбросов, имеющих нестабильный состав во времени, особенно содержание горючих веществ. В этом случае дожигательные устройства будут служить надежным аккумулятором и запальником для горючей смеси.

На рис. 2.39. показана автономная топочная камера для дожигания вородсодержащих газов, оснащенная дожигательным устройством в виде нескольких рядов дожигательных решеток [8]. Отбросные газы способны гореть самостоятельно, но их состав колеблется во времени.

46

Рис.2.39. Топочная камера с дожигательными решетками: 1 – вход обезвреживаемой смеси, содержащей токсичные горючие вещества; 2 – подсос воздуха для горения; 3 – дожигательные решетки; 4 – устройство для отбора проб

Необходимое время пребывания токсичной примеси в зоне высоких температур должно находиться в пределах (0,1-1,0)с. Время пребывания обезвреживаемой смеси в камере термического обезвреживания можно увеличить за счет установки специальных перегородок на пути движения продуктов сгорания, аналогично промышленным котлам.

В зависимости от содержания горючих токсичных веществ в промышленных выбросах, обезвреживание может происходить следующим образом:

-большие концентрации токсичных веществ, когда достигается автотермичность горения примесей (генераторный газ, водяной газ и др.) – использование в качестве топлива;

-значительное содержание токсичных веществ, но не достигается автотермичность горения – замена части топлива горючими веществами выбросов;

-незначительное содержание горючих веществ, например, вентиляционные выбросы, при содержании в выбросах кислорода не менее 18% - подача в качестве дутьевого воздуха в топки существующих котлов и печей (рис.2.40).

По расположению топочные камеры можно разделить на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные печи занимают меньше места в плане помещения, а горизонтальные удобнее с позиции обслуживания, наблюдения за работой и отбора проб для анализа газов.

Принципиальные схемы ввода отбросных газов в топочные устройства в зависимости от содержания в них кислорода:

По способу ввода обезвреживаемых газов топочные камеры можно разделить на прямоточные и циклонные. В циклонных топках выбросы вводятся тангенциально, что улучшает условия перемешивания продуктов сгорания топлива с выбросами.

Таблица 2.5 . Эффективность обезвреживания газов окисления в печах дожига на установках по производству битума Рязанского НПЗ

Преимущество метода термического обезвреживания (дожигания) в автономной

топке:

-можно добиться практически полного устранения вредных примесей (при соблюдении указанных ранее условий) – см. табл.2.5.

-малое аэродинамическое сопротивление установки;

-простота аппаратурного исполнения (отсутствие дорогостоящего катализатора);

-возможность обезвреживать выбросы, содержащие смолистые вещества (катализатор забивается и резко снижается способность к обезвреживанию).

Недостаток метода дожигания – больший расход топлива из-за более высоких температур в зоне обезвреживания примесей.

Дожигательные устройства на газоходах

Кроме того, возможно выполнение дожигательных устройств на существующих газоходах топливосжигающих установок. Это особенно касается высокотемпературных печей безокислительного нагрева и др. печей, когда технологический процесс предполагает неполное сгорание в основном объеме печи (см. очистка ваграночных газов далее).

Дожигатель на газоходе может собой представлять либо специальную камеру с подводом воздуха (если его недостаточно для дожигания) и горелочным устройством, либо состоять из блоков, заполненных засыпкой из керамических элементов (рис. 2.41). Засыпка ограничена сеткой из легированных сталей.

Рис.2.41. Элементы зернистого слоя: шар, цилиндр, кольца Рашига, Лессига, звездочки

Дожигание ваграночных газов наиболее легко обеспечить ниже колошникового (загрузочного) окна. Отобранные газы смешиваются в специальных турбулентных горелках с воздухом и дожигаются в закрытых топках, предварительно разогретых до температуры ~ 800° С за счёт сжигания природного газа или мазута в качестве топлива.

Воспламенение газовоздушной смеси, подаваемой горелкой в вагранку, происходит от пламени ваграночных газов или специального запальника. Назначение горелки – поддерживать в шахте вагранки постоянный факел пламени, в котором дожигается СО. Система дожигания позволяет снизить содержание оксида углерода в ваграночных газах с 12

48