11012

стных частиц. Кроме того, сорбент должен обладать достаточной механической прочностью и малым аэродинамическим сопротивлением. С целью снижения аэродинамического сопротивления используют сорбенты с небольшой плотностью, обтекаемой формой частиц, создают высокую порозность засыпки.

Адсорбент для процесса физической сорбции должен быть химически пассивным к улавливаемым компонентам, а для химической сорбции (хемосорбции) – вступать с молекулами загрязнителей в химические реакции.

Основные твердые сорбенты – силикагель, алюмогель, алюмосиликат, цеолиты, активированный уголь.

Применяется также ряд природных сорбентов – торф, лигнин, фосфатное сырье, бурые угли.

Абсорберы

Абсорбционный метод основан на диффузии (молекулярной и турбулентной) газообразных примесей к поверхности раздела газ-жидкость и на их переходе в жидкую фазу.

Для абсорбции газовых загрязнителей наиболее употребительны насадочные и тарельчатые колонны. В насадочных колоннах (рис.2.47) обеспечивается лучший контакт обрабатываемых газов с абсорбентом, чем в полых распылителях, благодаря чему интенсифицируется процесс массопереноса и, следовательно, уменьшаются габариты очистных устройств.

Некоторые распространенные типы насадок показаны на рис.2.47. Максимальную поверхность контакта на единицу объема образуют седлообразные насадки "Инталокс" (а) и Берля (б). Они имеют и минимальное гидравлическое сопротивление, но стоимость их выше, чем колец. Из кольцевых насадок наилучший контакт создают кольца Палля (в), но они сложны в изготовлении и дороже колец Лессига (г) и Рашига (д). Хордовые деревянные насадки (е) имеют минимальную удельную поверхность и стоимость.

Эффективность массопередачи в насадочных колоннах значительно зависит от равномерности распределения потоков контактирующих фаз, соотношений их скоростей и условий орошения элементов насадки.

Рис.2.47. Схема абсорбера и конструктивные элементы абсорбера

Начальная равномерность распределения абсорбента достигается посредством ее диспергированной подачи на поверхность насадки через распылительные форсунки или распределительные тарелки с большим числом отверстий. При дальнейшем передвижении жидкости ее

контактирование с газовой фазой ухудконтактирование с газовой фазой уменьшается изза оттока к стенкам колонны. Поэтому высоту насадки делят на несколько слоев (ярусов), устанавливая между ними перераспределительные устройства. Для этой цели могут использоваться ситчатые или перфорированные диски (тарелки). Одновременно они выполняют функцию несущей конструкции для каждого яруса. Поскольку часть отверстий тарелки может быть завалена элементами насадочного слоя, то она должна превосходить насадку по величине живого сечения.

Конструкции тарелок (по ОСТ 26-705-73) распределительных ТСН-III (а) и перераспределительных ТСН-II (б) для стандартных типоразмеров насадочных колонн показаны на рис.2.47а (внизу). Устройство насадочной колонны диаметром 1000 мм и расположение ее конструктивных элементов показано на рис. 2.47б (внизу).

Основные правила монтажа, пуска и эксплуатации природоохранного оборудования [31]

Основные правила монтажа природоохранного оборудования.

Монтаж природоохранного оборудования производится в полном соответствии с проектом. При этом особое внимание уделяется соответствию устанавливаемого очистного оборудования параметрам технологического оборудования, для которого предназначена очистная установка. В этом случае проверяются:

-реальная производительность технологического оборудования;

-режимы работы оборудования и параметры потока обезвреживаемой смеси (скорость потока, температура, содержание токсичных веществ и др.).

В случае несоответствия реальных данных технологической системы заложенным

впроекте обезвреживания данным, необходимо вызвать исполнителя проекта. Монтаж начинать только в случае соответствия природоохранного оборудования новым параметрам технологического потока.

Работы по приемке систем очистки вредных выбросов.

При приемке газоочистных и пылеулавливающих установок в эксплуатацию необходимо проверить:

-правильность выполненных монтажных работ в соответствии с проектом;

-качество выполненных изоляционных работ, защитных и антикоррозийных покрытий;

-наличие контрольно-измерительных приборов и средств автоматики, необходимых для нормальной работы установок очистки;

-протоколы испытаний элементов оборудования.

Пусконаладочные работы.

После монтажа пылегазоулавливающих установок (ПГУ) проводится комплекс пусконаладочных работ.

Испытания сводятся к измерению скорости и температуры потоков, перепадов давления и концентраций компонентов пылегазовоздушной смеси в ПГУ в целом и в ее элементах. Для этого намечают места отбора проб и замеров в газовых потоках на входе и

52

выходе в каждой ступени очистки. Точки замеров и отбора проб должны располагаться на прямых участках на удалении от мест возмущения потока. Минимальное удаление - 2 диаметра (эквивалентных по площади диаметра для прямоугольных каналов) до и 6...8 диаметров после места возмущения потока.

В процессе пусконаладочных работ анализируется соответствие регламентных показателей работы установки фактическим значения параметров по показаниям стационарных приборов для различных режимов работы технологического оборудования

Проверяется запроектированная степень очистки в реальных промышленных условиях. Уточняются схемы систем газоочистки, типы и марки основного и вспомогательного оборудования. Утверждаются правила эксплуатации природоохранных систем.

Правила эксплуатации газоочистных и пылезолоулавливающих установок

Впроцессе эксплуатации необходимо внимательно следить за исправностью установки очистки, коммуникаций, теплоизоляции, защитных и антикоррозийных покрытий; исправным действием приборов, средств автоматизации и блокирования; соответствием показателей работы газоочистных и пылеулавливающих установок с показателями, указанными в технологическом регламенте. Для этого администрация предприятия обязана:

- назначить приказом по предприятию лиц, ответственных за эксплуатацию газоочистных и золо-пылеулавливающих установок;

- осуществлять проверку знаний обслуживающего персонала (не менее одного раза в

год;

-утвердить производственные инструкции по эксплуатации очистных установок.

Впроизводственной инструкции должно быть указаны причины и порядок аварийных остановок очистного оборудования. Аварийным режимом считается:

- работа аппарата при отклонениях таких параметров, как объем, температура, давление, влажность, запыленность и химический состав очищаемого газа, физикохимический и дисперсный состав загрязняющих веществ выше пределов, указанных в производственной инструкции;

- при нарушениях работы пылевызрузочных устройств, например при переполнении бункеров;

- работа аппарата при подсосах воздуха, превышающих указанные в инструкции значения;

- нарушение режима удаления твердых частиц (стряхивания, смыва обдувки) с рабочих элементов аппарата (электродов, рукавов, насадок и др.)

Для установок электрической очистки газов аварийным режимом считается:

- работа электрофильтра без подачи на него напряжения, если напряжение подается не на все поля, или поддерживается ниже значения, указанного в инструкции;

- перекос рам коронирующих электродов, когда в результате деформации зазор между осями коронирующих и осадительных электродов становится меньше допустимого предела.

Для рукавных фильтров аварийным режимом считается:

-обрыв одного из рукавов или если суммарная площадь отверстий рукавов вследствие износа или повреждения превышает площадь, эквивалентную площади одного рукава;

53

-потеря фильтрующих свойств ткани рукавов;

-увеличение температуры очищаемого газа по сравнению с расчетной для данного вида ткани.

Для установок химической и мокрой очистки газа аварийной считают работув случаях:

-на установку не подается в достаточном количестве вода (раствор) или не обеспечивается ее равномерное распределение по всему объему аппарата;

-содержание твердой взвеси в воде (растворе) превышает установленную норму;

-происходит загрязнение фильтрующего слоя катализатора, абсорбента или адсорбента;

-концентрация растворов не соответствует регламенту.

Правила техники безопасности

Установки, в которых очищаются легковоспламеняющиеся газы или взрывоопасные пыли, а также газоходы или газопроводы, подающие горючие газы, должны быть оснащены взрывными или предохранительными клапанами с отводом газов в безопасное место.

Поверхности корпусов аппаратов и другого оборудования, рабочая температура которых превышает 80оС, должны быть изолированы.

Все отверстия в корпусах аппаратов и другого оборудования во избежание отравления токсичными газами должны быть тщательно уплотнены.

Для доступа к люкам, шиберам, измерительным приборам, пробоотборным устройствам, размещенным на высоте более 1,8м, должны быть выполнены площадки с ограждениями или стационарные лестницы.

Для установок электрической очистки – дверцы изоляторных коробок электрофильтров должны иметь автоблокировку, не позволяющую их открывать без снятия напряжения с агрегатов питания и системы коронирующих электродов.

На установках газоочистки и пылеулавливания запрещается использование переносными лампами напряжением выше 12В.

54

3. Методические рекомендации по подготовке к практическим занятиям

3.1.Общие рекомендации по проведению практических занятий

В соответствии с рабочей программой курса предусмотрено 16 часов практических занятий. Практические занятия в аудитории состоят из семинаров-дискуссий, на которых рассматриваются научные основы разработки природоохранных комплексов, и учебных занятий по экологической оценке котельной и разработке схем очистки выбросов и сбросов топливосжигающей установки.

Практические занятия направлены на закрепление теоретических знаний и выработку умений и навыков самостоятельного решения технических задач по предлагаемым темам. Выдаваемый студентам «Перечень практических занятий» позволяет сориентировать студентов в направлении поиска информации по конкретной теме семинарадискуссии, поиску технических решений по индивидуальным заданиям.

Предлагается широкий спектр литературных источников, позволяющий расширить возможности студентов при самостоятельной подготовке к семинару-дискуссии, выполнению индивидуальных заданий, курсовой работы и экзамену. Кроме того, студентам необходимо знакомиться с дополнительной литературой, а также с новыми публикациями в периодических изданиях. При этом необходимо учесть рекомендации преподавателя и требования учебной программы. Желательно готовить конспекты по изучаемым темам. Это особенно относится к тематике семинарских занятий, на которых производится дискуссия по предложенной тематике. При этом студент может дополнить список использованной литературы современными источниками, не представленными в списке рекомендованной литературы, и в дальнейшем использовать собственные подготовленные учебные материалы при выполнении курсовой работы.

В процессе проведения практических занятий используются различные методики и формы работы: экспресс-опрос, семинар-дискуссия, демонстрация разработанных схем и технических решений на доске. Обязательно используются наглядные пособия.

На практических занятиях осуществляется текущий контроль работы обучающихся, включая контроль выполнения индивидуальных заданий.

3.2. Рекомендации по проведению семинаров-дискуссий

Подготовка к семинарским занятиям призвана сформировать у студентов навыки самостоятельного анализа информации по теме, умение дать по тому или иному техническому решению или проблеме аргументированный ответ, умение ориентироваться в литературных источниках, формулировать собственные оценки, выводы, мнения по предложенной тематике.

Важной функцией семинарских занятий является углубление знаний, полученных в процессе подготовки к семинарудискуссии, их закрепление и применение при подготовке к выполнению индивидуальных заданий.

Семинарские занятия включают в себя такие формы учебной деятельности как устные выступления с докладами и их обсуждения, экспресс-опрос по теме и анализ особенностей решения обсуждаемой технической проблемы.

55

Особенно высоко оценивается выполнение презентаций по предложенной тематике. Таким образом, семинарские занятия как активная форма изучения темы, являются оптимальным средством контроля учебной деятельности студентов, а итоговые оценки, полученные на семинарских занятиях, влияют на результаты промежуточной аттестации.

3.3. Содержание практических и семинарских занятий

Ниже (табл.5) приведен перечень практических занятий с разделением на расчеты, разработку схемы природоохранных мероприятий, а также дискуссии, где сопоставляются и обсуждаются разные варианты и схемные решения природоохранных комплексов.

Таблица 5. Перечень практических и семинарских занятий

Ниже приведено содержание семинаров-дискуссий и дополнительная информация по темам семинаров-дискуссий.

Занятие 4

Семинар-дискуссия

Тема: Технологические методы снижения концентрации оксидов углерода, азота, серы, бенз(а)пирена и сажи в продуктах сгорания органического топлива

Оксиды азота

Технологические методы снижения загрязнения атмосферы оксидами азота, содержащимися в выбросах топливосжигающих установок, основаны на достижении тако-

56

го режима горения, при котором образование оксидов азота минимально. Поэтому в начале занятия проводится экспресс-опрос по информации, изученной в 1 семестре по предмету «Экологическая безопасность систем ТГВ». Студенты выполняют графики образования оксидов азота в зависимости от температуры в зоне реакции, коэффициента избытка воздуха и теплового напряжения в топочной камере.

Затем рассматриваются схемы очистки применительно к промышленным котлам и котлам ТЭЦ. Сопоставляется степень снижения выбросов оксидов азота при использовании каждой схемы:

-ступенчатой подачи окислителя в топочную камеру;

-ввода воды и пара в топочную камеру;

-рециркуляции продуктов сгорания в топочную камеру; - использование специальных горелочных устройств.

В процессе дискуссии студенты обсуждают следующие вопросы.

1.Какова область применения метода ступенчатого сжигания в энергетических и промышленных котлах? Приведите схемы.

2.Сопоставьте метод ступенчатого сжигания с другими способами подавления образования NOх.

3.Каким образом действует ввод воды или водяного пара в топочную камеру на синтез оксидов азота в котлах? Укажите преимущества и недостатки метода. Сопоставьте с другими методами подавления NОх в котлах.

4.Как влияет рециркуляция продуктов сгорания на снижение образования оксидов азота в топках котлов. Приведите схемы рециркуляции.

5.Сопоставьте метод рециркуляции продуктов сгорания с другими методами подавления NОх в котлах.

6.Приведите метод снижения выброса оксидов азота путем оснащения топочных камер котлов специальными топливосжигающими устройствами с пониженным образованием NОх.

Продукты неполного сгорания

Технологические методы снижения загрязнения атмосферы продуктами неполного сгорания (СО, сажа, бенз/а/пирен), содержащимися в выбросах топливосжигающих установок [ 8,16,17 ], основаны на достижении полноты сгорания органического топлива.

Поэтому в начале занятия проводится экспресс-опрос по информации, изученной в 1 семестре по предмету «Экологическая безопасность и охрана труда в теплоэнергетике», касающейся механизма образования СО, сажи, бенз/а/пирена.

Далее анализируются причины неполного сгорания топлива – недостаток окислителя в топочной камере, повышенные и пониженные тепловые нагрузки, недостаточная температура в зоне реакции и недостаточное время пребывания продуктов сгорания в высокотемпературной зоне топочной камеры. Анализ производится применительно к каждому из видов топлива, используемого в топливосжигающих установках – твердому, жидкому, газовому.

Далее рассматриваются способы проведения режимно-наладочных испытаний котлов с целью достижения максимально возможного КПД, в том числе за счет сниже-

57

ния потерь теплоты от неполного сгорания топлива.

В процессе дискуссии студенты обсуждают следующие вопросы.

1.При сжигании какого топлива легче всего обеспечить полноту сгорания в топочной камере и почему?

2.Почему при сжигании твердого топлива выделяется больше продуктов неполного сгорания, чем при использовании природного газа?

3.Почему выброс продуктов неполного сгорания мазута зависит от состояния мазутного хозяйства?

4.Как влияют потери энергетического потенциала топлива от неполного сгорания на КПД котла?

5.Охарактеризуйте режимноналадочные испытания котлов как способ охраны воздушного бассейна от СО, сажи, бенз/а/пирена

6.Назовите этапы проведения режимноналадочных испытаний котлов.

7.С какой целью составляются эколого-технологические режимные карты котлов?

8.Приведите графические зависимости образования токсичных веществ от тепловой нагрузки котлов и коэффициента избытка воздуха в топочной камере.

Оксиды серы

Технологические методы снижения загрязнения атмосферы оксидами серы, содержащимися в выбросах топливосжигающих установок [8,11], основаны на снижения содержания серы в рабочей массе топлива.

Поэтому в начале занятия проводится экспресс-опрос по информации, изученной в 1 семестре по предмету «Экологическая безопасность и охрана труда в теплоэнергетике», касающейся механизма образования оксидов серы.

Анализируется тот факт, что суммарный выброс сернистых соединений (SO2, SO3 и H2SO4) с продуктами сгорания определяется содержанием серы в рабочей массе топлива и, следовательно, не может быть снижен изменением режимов горения.

Проводится анализ технологических методов снижения выбросов SO2, SO3 и H2SO4 , а именно: снижение содержания серы в топливе, сжигание серосодержащего топлива в топочной камере в условиях связывания сернистых соединений [8,11,21].

Впроцессе дискуссии студенты обсуждают следующие вопросы.

2.В каких формах содержится серы в твердом топливе?

3.Какими способами удаляется сера из твердого топлива?

4.Что такое «обогащение твердого топлива»?

5.Проанализируйте метод гидротермического обессеривания твердого топлива.

6.Назовите способы снижения сернистых соединений при сжигании серосодержащих органических топлив в топочной камере?

7.Каким образом удаляется сера из мазута на нефтеперерабатывающих заводах?

Ниже приведена информация по технологическим методам снижения вредных веществ при сжигании органического топлива.

58

Тема: Технологические методы снижения концентрации оксидов углерода, азота, серы, бенз(а)пирена и сажи в продуктах. сгорания органического топлива

В современных условиях низкого качества окружающей среды неизбежно возникает необходимость обеспечения экологической безопасности любых объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, в том числе воздушный бассейн. Это прежде всего относится к топливосжигающим установкам, использующим органическое топливо.

Наиболее действенными с позиции защиты воздушного бассейна оказываются технические методы, которые следует разделить на две крупные группы: технологические методы и методы очистки.

Технологические методы – это комплекс технологических решений и режимов работы технологического оборудования, которые направлены на снижение образования токсичных веществ в данном технологическом процессе[8]. Технологические методы менее затратные, чем очистка.

Технологические методы снижения загрязнения атмосферы выбросами стационарных топливосжигающих установок можно классифицировать так:

−повышение доли использования топлив с высокими экологическими характеристиками в топливном балансе;

−снижение расхода топлива путем повышения эффективности сжигания и снижения потерь теплоты при ее транспортировке и использовании;

−использование энергосберегающего оборудования;

−энерготехнологическая переработка твердых топлив;

−эффективное оборудование для выведения вредных выбросов с целью их рассеивания в атмосфере;

−использование методов подавления образования вредных веществ при сжигании различных видов топлива.

Рассмотрим некоторые из технологических методов, позволяющих снижать уровень загрязнения атмосферы.

Повышение доли топлива с высокими экологическими характеристиками в топливном балансе [8]

При неполном сгорании углеводородного топлива в атмосферный воздух выбрасывается большое количество токсичных веществ. Это оксид углерода, углеводороды, в том числе канцерогенный бенз(а)пирен, сажа, альдегиды и др.

Легче всего обеспечить полноту сгорания газообразных топлив, так как топливо и окислитель находятся в одном агрегатном состоянии, интенсивнее перемешиваются и вступают в реакцию горения (гомогенное горение). Среди газообразных топлив экологическое преимущество имеют легкие углеводороды, например метан. Чем больше в газообразном топливе тяжелых углеводородов, тем больше склонность к сажеобразованию и образованию бенз(а)пирена, т.е природный газ значительно экологичнее попутного, нефтезаводского и др.газов. Выброс оксидов азота – минимальный. Отсутствует выброс твердых частиц и сернистых соединений.

59

Повышенную экологическую опасность вызывает использование в качестве топлива мазута. Мазут является остаточным продуктом перегонки сырой нефти, а, следовательно, состоит почти полностью из тяжелых углеводородов. Поэтому содержание сажи и бенз(а)пирена в продуктах сгорания мазута на 1-2 порядка выше, чем при сжигании природного газа. Кроме того, именно в мазуте остается вся сера, содержащаяся в сырой нефти. По содержанию серы в рабочей массе топлива мазут разделяется на малосернистый (Sр = 0,5 %), сернистый (Sр до 2%) и высокосернистый (Sр до 3,5%). Сжигание мазута сопровождается выбросом токсичных соединений – SO 2, SO3 и паров Н2 SO4. Выбрасывается также небольшое количество твердых веществ (зольность мазута – (0,1- 0,2) %).

Самым экологически неблагоприятным является твердое топливо.

Качественно сжигать твердое топливо еще сложнее. Кроме химического недожога значительно возрастают выбросы твердых частиц – золы. Резко увеличивается выброс оксидов азота за счет повышенного содержания азота в рабочей массе твердого топлива.

Снижение расхода топлива путем повышения эффективности сжигания и снижения потерь теплоты при ее транспортировке и использовании

Расход органического топлива для каждого технологического процесса [3,9, 11,13] зависит от потребности в тепловой энергии, теплоты сгорания топлива и коэффициента полезного действия теплогенерирующей установки, м3/с (кг/с):

кДж/м3, (кДж/кг); ηбрк - коэффициент полезного действия установки, %.

Анализ формулы показывает, что необходимо применять топливо с высокой теплотой сгорания, а также использовать топливосжигающие установки с высоким коэффициентом полезного действия (КПД).

КПД (ηбрк) по методу обратного баланса, %:

где q2 – потери теплоты с уходящими газами, %; q3 - потери теплоты от химической неполноты сгорания, %; q4, q6 - потери теплоты соответственно от механической неполноты сгорания и с теплотой шлаков, %; q5 - потери теплоты через обмуровку, %.

Даже в лучших производственно-отопительных котельных потери теплоты с уходящими газами (q2) достаточно велики: (4–8)% теряется с физической теплотой уходящих газов - (q2).

Кроме того, (10-13)% выработанной теплоты теряется в существующих топливосжигающих установках со скрытой теплотой образования водяных паров. Это обусловлено тем, что низкотемпературные поверхности топливосжигающих установок и дымовая труба выполнены из материалов, подверженных коррозии (сталь, чугун), что вынуждает специалистов поддерживать температуру уходящих газов выше температуры точки росы водяных паров. Перспективны 2 способа повышения КПД:

−выполнение низкотемпературных поверхностей нагрева из неметаллических

60