- •Курс: охрана окружающей среды в теплотехнологии: выбросы теплотехнических установок
- •Модуль 2
- •Оглавление
- •Дидактический план
- •Литература Государственные стандарты Российской Федерации и руководящие документы
- •Основная
- •Дополнительная
- •1. Образование и методы снижения выбросов оксидов азота
- •1.1. Образование оксидов азота при горении органических топлив
- •1.2. Режимные мероприятия по снижению выбросов оксидов азота
- •1.3. Технологические методы снижения выбросов оксидов азота при факельном сжигании органического топлива
- •1.3.1. Влияние конструкции горелки на эмиссию оксидов азота
- •1.3.2. Различные схемы ступенчатого сжигания
- •1.3.3. Рециркуляция дымовых газов
- •1.3.4. Предварительный подогрев угольной пыли
- •1.4. Очистка дымовых газов от оксидов азота
- •1.4.1. Селективное каталитическое восстановление оксидов азота
- •1 Дымовой газ; 2 датчики расхода; 3 датчики nOx; 4 блок управления технологическим процессом; 5 емкость nh3; 6 воздух; 7 реактор denox; 8 чистый газ
- •1.4.2. Селективное некаталитическое восстановление оксидов азота
- •1.4.3. Гибридная схема очистки дымовых газов от оксидов азота
- •1.5. Методы расчетного определения мощности и валовых выбросов оксидов азота котлами тэс
- •2. Образование и методы снижения выбросов диоксида серы, ванадия и бенз(а)пирена
- •2.1. Сероочистка дымовых газов тэс
- •2.1.1. Концепция сероочистки
- •2.2. Основные технологии сероочистки дымовых газов
- •Краткая характеристика технологий сероочистки Сухие технологии
- •Мокро-сухие технологии
- •Мокрые технологии
- •Конверсия so2 в so3
- •2.3. Методы снижения выбросов соединений ванадия при сжигании жидкого топлива
- •2.4. Образование и методы снижения выбросов бенз(а)пирена при сжигании топлив
- •2.4.1. Физико-химические свойства бенз(а)пирена и условия его образования
- •2.4.2. Экологическая характеристика бенз(а)пирена
- •2.4.3. Условия нормирования выбросов бенз(а)пирена с уходящими газами котельных установок
- •2.4.4. Влияние конструктивных особенностей и режимных параметров котлов на образование бенз(а)пирена при сжигании различных топлив
- •Газомазутные котлы
- •Пылеугольные котлы
- •Котлы малой мощности
- •2.4.5. Рекомендации по снижению выбросов бенз(а)пирена в атмосферу с уходящими газами котельных установок
- •3. Охрана водного бассейна от сбросов энергопредприятий
- •3.1 Охрана водного бассейна от сбросов тэс
- •Технология водоиспользования на тэс
- •Охлаждение конденсаторов турбин
- •Системы гидрозолоудаления
- •Сточные воды, загрязненные нефтепродуктами
- •Обмывочные воды регенеративных воздухоподогревателей (рвп) и поверхностей нагрева котлов при сжигании сернистых мазутов
- •Химические промывки и консервация оборудования
- •Подготовка добавочной воды котлов и подпиточной воды теплосети
- •Поверхностные ливневые и талые сточные виды с территории тэс
- •Грунтовые воды систем водопонижения
- •3.2. Нормирование сбросов загрязняющих веществ со сточными водами тэс
- •Экономический механизм природопользования
- •3.4. Основные направления сокращения сброса и утилизации сточных вод Воды систем охлаждения
- •Сточные воды, загрязненные нефтепродуктами
- •Обмывочные воды рвп и поверхностей нагрева котлов
- •Сточные воды химических промывок и консервации оборудования
- •Поверхностные, ливневые и талые сточные воды с территории тэс
- •Воды систем гидрозолоудаления
- •Грунтовые воды
- •Сточные воды водоподготовительных установок
- •Методы очистки сточных вод
- •3.5.1. Механическая очистка сточных вод
- •3.5.2. Химические методы очистки сточных вод
- •3.5.3. Физико-химические методы очистки сточных вод
- •1 Чан с исходным питанием; 2 насос для подачи водовоздушной смеси; 3 насос для подачи реагентов; 4 камера; 5 желоб для шламов; 6 труба для отвода очищенной жидкости
- •1 Корпус; 2 блок аэрации; 3 импеллеры; 4 сетка; 5 осветлитель пластинчатый; 6 шибер, 7 пенный желоб; 8 рама с подставкой
- •3.5.4. Основы биологической очистки сточных вод
- •3.5.5. Устройства для биологической очистки сточных вод
- •3.5.6. Доочистка сточных вод на активированных углях
- •3.5.7. Очистка поверхностных сточных вод предприятий энергетики и транспорта
- •1 Резервуар грязной воды; 2 и 6 насосы; 3 флотационная машина; 4 емкость для сбора пенопродукта; 5 резервуар чистой воды; 7 фильтры
- •Задания для самостоятельной работы
- •1. Перечислите технологические методы снижения выбросов оксидов азота:
- •2. Перечислите технологии сероочистки дымовых газов с использованием кальцита и извести:
- •3. Перечислите мероприятия режимного и технологического плана по снижению выбросов бенз(а)пирена:
- •5. Перечислите основные методы очистки сточных вод:
- •Глоссарий
- •Охрана окружающей среды в теплотехнологии: выбросы теплотехнических установок модуль 2
Конверсия so2 в so3
Эта технология повторяет технологию сернокислотного производства и основана на окислении в присутствии селективного катализатора диоксида серы в триоксид:
2SO2 + О2 = 2SO3.
Наличие в дымовых газах водяного пара приводит к образованию паров серной кислоты:
SO3 +Н2О = H2SO4.
Затем дымовые газы охлаждают, что вызывает конденсацию паров серной кислоты с выходом жидкого продукта. Схема такой технологии предложена датской фирмой Хальдер Топсе. Она включает в себя высокоэффективный золоуловитель, регенеративный подогреватель, конвертер с насыпным катализатором и конденсатор.
Дымовые газы сначала глубоко обеспыливают, чтобы их запыленность не превышала 10 мг/нм3 (иногда 5 мг/нм3), после чего их подогревают в регенеративном подогревателе до температуры около 350 °С. Для подогрева используют дополнительный паровой подогреватель. После конвертера дымовые газы охлаждают в стеклянном конденсаторе, что приводит к образованию жидкой серной кислоты, которую сливают в специальные емкости.
Глубокое обеспыливание необходимо для обеспечения продолжительной работы конвертера, чтобы исключить быстрое забивание насыпного гранулированного катализатора субмикронными частицами золы. Кроме того, малая запыленность газов обеспечивает высокую чистоту серной кислоты, поскольку при конденсации субмикронные частицы золы практически не попадают в жидкую фазу и не нейтрализуют часть кислоты с образованием сульфатных солей. Следует иметь в виду, что при конденсации паров серной кислоты в присутствии водяного пара концентрация жидкой кислоты определяется соотношением двух указанных веществ. Поскольку количество водяных паров в дымовых газах многократно превышает количество паров H2SO4, то образуется слабая серная кислота с концентрацией не более 50 60 %. В связи с этим для получения товарной серной кислоты с концентрацией 96 % требуются значительные расходы тепла. В сернокислотном производстве получение товарной кислоты связано с предварительной глубокой осушкой технологических газов, что и обеспечивает получение товарного продукта.
Серная кислота H2SO4, сильная двухосновная кислота. Безводная серная кислота бесцветная маслянистая жидкость, плотность 1,9203 г/см3, tпл = 10,3 °С, tкип = 296,2 °С. С водой смешивается во всех отношениях. Концентрированная серная кислота реагирует почти со всеми металлами, образуя соли сульфаты. Серную кислоту получают растворением в воде SO3, образующегося при окислении SO2; последний получают главным образом обжигом природных сульфидов пирита и др. (т. н. контактный и башенный способы). Серная кислота один из основных продуктов химической промышленности. Идет на производство минеральных удобрений (суперфосфат, сульфат аммония), различных кислот и солей, лекарственных и моющих средств, красителей, искусственных волокон, взрывчатых веществ. Применяется в металлургии (разложение руд, напр. урановых), для очистки нефтепродуктов, как осушитель и др.
Сероочистка продуктов сгорания мазута. Особенность продуктов сгорания мазутов состоит в том, что кроме обычных компонентов в них содержатся вещества, оказывающие отрицательное влияние на процесс сероочистки, а именно:
твердые и газообразные углеводороды (фенолы, альдегиды и т.п.);
пятиокись ванадия V2O5, имеющая повышенную токсичность.
Твердые углеводороды содержатся в саже, которая образуется за счет неполного сгорания мазута, особенно при небольших избытках воздуха в топочной камере. Сажа увеличивает запыленность газов, обусловленную зольностью мазута, примерно вдвое.
Поэтому при сероочистке продуктов сгорания сернистых мазутов необходимо обеспечить удаление сажи и токсичной пятиокиси ванадия и принять меры для снижения отрицательного воздействия газообразных углеводородов. Первая задача решается применением различных золоуловителей, обеспечивающих 80 90 %-ное улавливание твердых частиц. Вторую задачу можно решить совершенствованием топочного процесса, обеспечивающим минимальное количество углеводородов или их отсутствие.
Газомазутные электростанции можно условно разделить по продолжительности сжигания на них мазута на три категории:
ТЭС, на которых продолжительность сжигания жидкого топлива составляет до 30 % времени от годовой рабочей кампании котла;
то же до 50 %;
то же до 100 %.
Вторая и третья категории ТЭС подобны обычным пылеугольным электростанциям, и на них следует применять эффективные сероочистки, например мокрую известняковую или аммиачно-сульфатную. При этом кроме сероулавливающего оборудования необходимо установить соответствующий золоуловитель. Кроме того, необходимо уточнить режим сжигания мазута для максимального снижения выброса углеводородов.
Первая категория ТЭС использует мазут только как резервное топливо, которое сжигается сезонно.
Мазут можно сезонно сжигать по одному из следующих режимов:
I количество подаваемого на ТЭС природного газа частично ограничивается, причем замещающее его по теплу количество сернистого мазута при совместном их сжигании не приводит к образованию в продуктах сгорания концентраций диоксида серы выше предельных нормативных значений; при этом в случае равномерного (пропорционально нагрузке) распределения природного газа и сернистого мазута по всем работающим котлам доля последнего, допустимая в соответствии с установленным нормативом удельных выбросов для котлов, введенных после 01.01.2001 г., составит:
Сернистость мазута (Sr), %........ 4 3 2
Доля мазута (по теплу)…............ 0,08 0,10 0,15
Однако, если учитывать фактическое топливоснабжение и графики нагрузок, обеспечить такой режим совместного сжигания природного газа и сернистого мазута на всех действующих котельных установках данной электростанции вряд ли возможно;
II количество подаваемого на ТЭС природного газа резко ограничивается, газ замещается мазутом, и образующиеся количества диоксида серы превышают установленные нормативы, что увеличивает платежи за выбросы;
III подача природного газа на ТЭС прекращается, и все ее котлы переводятся на сжигание резервного сернистого мазута, что многократно увеличивает платежи за выбросы. Продолжительность такого режима в году колеблется от нескольких дней до нескольких месяцев.
Для II и III режимов сезонного сжигания жидкого топлива правомерно рассмотреть использование малосернистого мазута, содержание диоксида серы в продуктах сгорания которого не превышает установленных нормативов. Такие мазуты для котлов разной тепловой мощности с 01.01.2001 г.: должны иметь следующую максимальную сернистость:
Удельный выброс SO2, г/(МДжс)…........... 0,6 0,5 0,45 0,3
Максимальная сернистость мазута, %....... 1,25 1,05 0,95 0,6
Режим I является наиболее простым, поскольку не требует никакой сероочистки. В режиме II, в зависимости от условий работы электростанции, выделяется группа котлов (например, один три котла) для периодического сжигания мазута, а остальные сжигают природный газ. Сероочистными установками оснащается только выделенная группа котлов. Это обеспечивает минимальные капиталовложения ТЭС в сероочистку. При работе в режиме III все котлы электростанции должны иметь сероулавливающие установки, которые будут работать периодически в соответствии с графиком подачи природного газа.
При сезонном сжигании сернистого мазута продолжительностью до 20 30 % рабочей кампании котла целесообразна простая и дешевая сероулавливающая установка, для которой характерны:
небольшое количество простого оборудования;
возможность многократных пусков сероочистки в течение годовой рабочей кампании котла;
небольшое время пуска, желательно не превышающее времени перехода котла с газа на мазут;
простая компоновка в ячейке котла (энергоблока) и минимальная требуемая для его размещения площадь;
маневренность, соответствующая маневренности котла.
Реагент должен быть всегда готов к употреблению и не терять своих свойств в течение длительного хранения.
Из возможных технологий, реализующих указанные требования к очистке дымовых газов от SO2, наиболее перспективна мокрая содовая.
Процесс сероулавливания проходит в соответствии со следующими химическими реакциями:
абсорбция диоксида серы карбонатом, бикарбонатом или гидратом натрия (карбонатной, питьевой или кальцинированной содой):
SO2 + Na2CO3 = Na2SO3 + SO2;
SO2 + 2NaHCO3 = Na2SO3 + CO3;
SO2 + 2NaOH = Na3SO3 + H2O;
окисление сульфита натрия (полупродукта) в сульфат:
Na2SO3 + ½O2 = Na2SO4.
Сероулавливающая установка состоит из узлов абсорбции, приготовления раствора реагента и окисления отхода сероочистки. Первый узел установки размещается в ячейке котла (энергоблока), а остальные узлы на промплощадке электростанции.
В узел абсорбции входят скрубберы Вентури, циркуляционный сборник и насос для подачи реагента на орошение скрубберов. Узел приготовления раствора реагента состоит из расходного бункера соды, емкостей для приготовления и хранения концентрированного и рабочего растворов реагента.
Примененный в установке скруббер Вентури является самым простым промывателем газов по сравнению с другими известными аппаратами. Такой скруббер широко используют в качестве золоуловителя на отечественных ТЭС, и, как показал многолетний опыт эксплуатации сотен таких аппаратов, время его выхода на рабочие параметры не превышает 0,5 ч, что определяется только включением системы его орошения. При этом маневренные свойства скруббера выше, чем у котла, поскольку не требуются необходимые выдержки для стабилизации температуры металла.