2.5. Снижение выбросов оксидов азота с дымовыми газами водогорейных котлов

В предыдущих параграфах основное внимание было уделено мероприятиям по снижению выбросов оксидов азота с дымовыми газами энергетических котлов. Однако не меньшего внимания требуют эти вопросы и для водогрейных котлов, которые часто устанавливаются на ТЭЦ крупных городов. Эти котлы работают в основном на газе или мазуте. Так, в системе "Мосэнерго" более 100 единиц водогрейных котлов. Поэтому на ТЭЦ "Мосэнерго" проводится большая работа по ограничению выбросов оксидов азота и на водогрейных котлах. Показательной в этом отношении является ТЭЦ-26. На этой станции установлено 9 водогрейных котлов: 5-ПТВМ-180 и 4-КВГМ –180. На водогорейных котлах этой ТЭЦ применен широкий комплекс природоохранных мероприятий, включая установку горелок двухступенчатого сжигания (горелки ГДС) на котлах ПТВМ-180, ступенчатое сжигание и рециркуляция дымовых газов в зону горения на котлах КВГМ-180. В результате концентрации оксидов азота в дымовых газах всех водогрейных котлов ТЭЦ-26 при сжигании природного газа во всем диапазоне теплопроизводительностей составляют 130200 мг/нм³, т.е. существенно ниже установленных норм. При этом на котлах КВГМ-180 в режимах сжигания топлива сочетающих ступенчатое сжигание с рециркуляцией дымовых газов уровень концентраций еще ниже: 50100 мг/нм³.

Положительный опыт внедрения на водогрейных котлах режимных мероприятий по снижению выбросов оксидов азота имеется на ТЭЦ-21, ТЭЦ-23 и др. Снижению величин C_NOx в дымовых газах водогрейных котлов способствует и то, что эти котлы мало работают при номинальной теплопроизводительности. Приведенные примеры показывают, что проблема снижения выбросов оксидов азота с дымовыми газами водогрейных котлов до уровня допустимых норм (300–380 мг/м³) может быть практически решена.

3. Очистка дымовых газов от оксидов азота

3.1. Селективное каталитическое восстановление оксидов азота

B области энергетики наиболее широко распространен процесс DENOX - это каталитический процесс селективного восстановления (CKB - SCR) оксидов азота (NO_x) безводным аммиаком, водным раствором аммиака или мочевины. B результате оксиды азота восстанавливаются до свободного азота, не образуя вторичных загрязняющих окружающую среду веществ. Наиболее широко этот процесс применяется в западных странах и Японии. B мире построено около 100 таких установок. В России оборудованы установками DENOX два котла. Одной из ведущих в области внедрения технологии DENOX и в области разработки катализаторов является фирма «Хальдор Топсе А/О» (Дания). Этой фирмой разработаны конструкции катализатора DNX, обладающие различными гидравлическими диаметрами и химическим составом, соответствующие широкому спектру требований к процессу. Технологическая схема процесса DENOX представлена на рис.10. Основным элементом этой схемы является реактор селективного каталитического восстановления оксидов азота. B реакторе оксиды азота (NO и NO₂), содержащиеся в очищаемом газе, селективно восстанавливаются аммиаком (NH₃) или мочевиной в присутствии катализатора (V₂O₅ на волокнисто-керамическом носителе TiO₂) с образованием свободного азота и паров воды согласно реакции:

6NO + 4NH₃ = 5N₂ + 6H₂O. (17)

Принципиальной частью системы DENOX является катализатор. Катализатор должен отвечать следующим требованиям: высокая активность восстановления NO_x; низкое гидравлическое сопротивление; низкий уровень окисления оксидов серы; малый вес; высокая стойкость к термическим ударам; высокая механическая стабильность.

Разработаны катализаторы DNX различных гидравлических диаметров и состав, что обеспечивает получение оптимального решения в соответствии с требованиями по стойкости к загрязнению катализатора и стабильности его активности. Катализатор помещен в стальные кожухи спе­циа­льной формы, которые помещаются в реакторе.

Впрыск аммиака или мочевины в очищаемый газ перед реактором ДЕНОКС производится инжекци­онной систе­мой с большим числом форсунок, или более простой инжекционной трубой устанав­ливае­мой за стати­ческим смесителем. Этим достигается равномерное соотношение NH₃/NO_x по сечению газохода на входе в реактор. Равно­мерное распре­деление газа по сечению реактора DENOX обеспечивается специально спроек­тированными направляющими лопатками, установленными на входе в реактор. В случае, когда очищаемый газ имеет существен­ную запы­ленность, в дополнение к направляю­щим лопат­кам устанавливается выправляю­щая решетка для минимизации заноса пылью вер­хней части ката­лизатора и его эрозии. Для увеличения срока службы катализатора реа­ктор, как правило, конструируется по край­ней мере с одной пустой дополнительной по­лкой для катализатора, кото­рая позднее может быть загружена дополни­тель­ным слоем катализа­тора с целью компенсации нормальной дезактивации первой за­грузки катализатора.

Реактор DENOX представляет собой жесткую свар­ную конструкцию, выполненную из листо­вой углеро­дис­той или низколегированной ста­ли. Конструктивно реактор может быть выполнен верти­кальным и горизонтальным. Для котельных установок разработан ряд вариантов схемных решений раз­меще­ния установки DENOX Топсе: за экономайзером (схема для газов высокой запылен­ности); после фильтра очистки от пыли (схема для газов низкой запыленности).

Смонтированные установки очищают дымовые газы расходом от 2000 нм³/ч до 2500000 нм³/ч.

Основные преимущества процесса DENOX: эффективность выше 95% при проскоке аммиака не превышающем 2 ppm; не образуется продуктов, загрязняющих окружающую среду; простая схема процесса обеспечивает низкие затраты на эксплуатацию; быстро адаптируется к изменениям расхода и температуры газа.