Очистка от соединений серы
В связи с отсутствием в настоящее время промышленного опыта по очистке дымовых газов котельных от окислов серы дать однозначные рекомендации не представляется возможным.
Снизить выбросы соединений серы можно двумя путями: очисткой от соединений серы продуктов сгорания топлива или удалением серы из топлива до его сжигания.
К числу достоинств первого способа следует отнести его значительную эффективность (удаление до 90-95% серы) и универсальность его применения для топлив всех видов, к числу недостатков - высокие капитальные вложения и эксплуатационные расходы. Наиболее перспективными в промышленном отношении являются известковый, аммиачно-циклический и магнезитовый метод. После обработки по известковому методу образуется шлам, состоящий из сульфита кальция, летучей золы и не прореагировавших компонентов.
После обезвоживания шлам удаляется в отвал. Степень улавливания серы до 90%. Отсутствие выхода товарной продукции и большое количество шлама - основной недостаток указанного способа, препятствующий даже применению его на ТЭЦ.
Значительные перспективы имеет двухцикличный щелочной способ очистки газов от окислов серы. В основе этого метода лежит скрубберный процесс очистки дымовых газов осветленным слабым раствором солей натрия или аммиака с последующей обработкой известью или известняком. В результате образуется шлам, содержащий CaSО3, идущий в отвал, и щелочной раствор, который используется для скрубберного процесса. Эффективность процесса составляет до 90-95%. Преимуществами способа являются умеренная стоимость, минимальная коррозия оборудования, недостатком - удаление большого количества шлама.
При магнезитовом методе (используется МО - магнезий) при поглощении SO2 образуется сульфит магния MgSО3, который после обжига образует исходные продукты: МgО, который снова используется в процессе очистки, и SО2, который может быть переработан в твердую серную кислоту. Использование конечных продуктов является главном преимуществом данного метода.
Выбор способа очистки от оксидов серы следует проводить на основании технико-экономических расчетов. Необходимо иметь в виду, что при всех предложенных способах сероочистки весьма значительно возрастают капитальные и эксплуатационные затраты на сероочистные устройства и возникают трудности при эксплуатации.
В XII пятилетке на некоторых ТЭС Минэнерго СССР осуществляется только строительство опытно-промышленных сероулавливающих установок. За рубежом наибольшее распространение получили нециклические методы поглощения окислов серы адсорбентами на основе известняка или извести - мокрый и сухой известняковый и мокрый известковый методы и метод распылительной адсорбции (мокро-сухой), которые позволяют очищать дымовые газы на 70-90%.
Подавление образования окислов азота
Особенностью образования окислов азота является малая зависимость от вида и состава топлива, но большая зависимость от режима горения и организации топочного процесса. Существенное влияние на образование окислов азота оказывает также концентрация кислорода, определяемая избытком воздуха в топке.
В топочной камере образуется в основном окись азота. При перемешивании дымовых газов с атмосферным воздухом после выхода из дымовой трубы происходит превращение окиси азота в более токсичную двуокись азота. В расчетах условно принимается, что в дымовых газах содержится только двуокись азота.
Снижение выбросов окислов азота должнорешаться путем внедрения специальных технологических мероприятий (первичные мероприятия), направленных на подавление образования окислов азота в процессе сгорания топлива в топкахкотлов и путем разложения образовавшихся окислов азота - в специальных установках, встроенных в тракт котла (вторичные мероприятия) - очистка газов. Технологические методы в 5-6 раз дешевле устройств очистки газов и они могут быть учтены непосредственно в конструкции котла и не требуют химических добавок. Поэтому система очистки газов (вторичные мероприятия) должна осуществляться только после выполнения на котле всех технологических мероприятий по подавлению образования окислов азота.
Основные технологические мероприятия по подавлению образования окислов азота в топках котлов:
1) уменьшение избытка воздуха (L=1,02-1,03) топке до минимальной величины при условии полного сгорания топлива;
2) уменьшение температуры подогрева воздуха, поступающего в топку в пределах, допустимых по условиям эффективного его сжигания;
3) рециркуляция дымовых газов в топку, при этом понижаются температурный уровень и концентрация кислорода в зоне горения. Наибольший эффект снижения окислов азота получается (по данным И. Я. Сигала) при вводе дымовых газов непосредственно в горелочные устройства (подмешивая приблизительно 20% дымовых газов, удается снизить концентрацию окислов азота на 40%);
4) двухстадийное сжигание топлива, когда в нижний пояс горелочных устройств подается все топливо и часть воздуха, необходимого для его сжигания (0,8-0,9 теоретически необходимого количества). При этом происходит частичная газификация топлива при пониженной температуре в ядре факела по сравнению с полным сжиганием. Далее в верхний пояс подается остальное количество воздуха для дожигания продуктов неполного сгорания;
5) ввод воды вместо пара в мазутные форсунки в количестве 8-10% массы топлива позволяет уменьшить концентрацию оксидов азота на 20-30%.
Применение впрыска приводит к снижению к.п.д. котла с увеличением расхода "сухого" топлива на 0,7%. Впрыск воды в зону горения следует применять на котельных, расположенных в городах и промышленных центрах с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха, или на котельных, расположенных в курортных зонах в периоды повышения концентраций вредных выбросов выше санитарных норм, установленных Минздравом СССР, в периоды неблагоприятных метеоусловий;
6) установка специальных по конструкции горелочных устройств, обеспечивающих пониженный выход окислов азота (МосгазНИИпроект);
7) повышенная степень экранирования.
К вторичным мероприятиям глубокой очистки дымовых газов от окислов азота следует отнести высокотемпературный гомогенный метод и каталитический.
При высокотемпературном гомогенном методе аммиак вводится в тракт дымовых газов с температурой 850-1100°С, ВТИ им. Дзержинского впервые в СССР проведены исследования данного метода на экспериментальном газоходе и на опытно-промышленной установке Кироваканской ТЭЦ. Степень очистки газов от окислов азота данным методом составляет около 70%.
При каталитическом методе аммиак, разбавленный воздухом, вводится в газоход котла перед каталитическим реактором, расположенным в зоне температур дымовых газов 350-450°С. Могут использоваться катализаторы пластинчатой и сотовой формы с малым аэродинамическим сопротивлением, пригодные также для очистки запыленных газов. Но данный метод не нашел широкого применения в связи с тем, что отечественная промышленность не выпускает катализаторы с малым аэродинамическим сопротивлением, катализаторы дороги и требуют периодической регенерации.
Способ очистки дымовых газов котельных от окислов азота, всвязи с отсутствием в настоящее время промышленных установок, должен решаться на основе тщательной предварительной проработки и технико-экономического расчета.
Все перечисленные мероприятия оказываются эффективными при сжигании попутного газа и мазута. На твердых топливах не удается достигнуть значительного эффекта по подавлению образования окислов азота, так как большинство из перечисленных выше методов затрудняют воспламенение и горение угольной пыли, что может привести к неполному выгоранию топлива.
Вопросами снижения выбросов окислов азота в атмосферу котельными, работающими на газе и мазуте, занимаются институты: ВТИ им. Ф. Э. Дзержинского, МосгазНИИпроект, Институт газа и Институт технической теплофизики АН УССР (Киев).
Снижение вредных выбросов в атмосферу котельными достигается при проведении следующих мероприятий: демонтаж устаревших котлов с высокой концентрацией вредных веществ в дымовых газах и замена демонтируемых котлов современным оборудованием; установка вместо группы низких индивидуальных труб единой дымовой трубы; увеличение высоты дымовых труб в тех случаях, когда не удается доступными способами обеспечить ПДК в приземном слое снижением выбросов токсичных веществ; своевременная наладка и ремонт золоуловителей, недопущение работ пылегазоочистных систем на форсированных режимах по газу.
Нормирование промышленных выбросов в атмосферу
Краеугольным камнем этой системы является утверждение, что в атмосферном воздухе может находиться определенное количество вредных (загрязняющих) веществ, при котором отсутствует вредное воздействие на окружающую природную среду. В связи с этим, Федеральным Законом “Об охране окружающей среды» введено понятие – экологический норматив качества атмосферного воздуха. В настоящее время достаточно подробно разработан его частный случай – гигиенический норматив качества атмосферного воздуха – критерий качества атмосферного воздуха, который отражает предельно допустимое содержание вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе и при котором отсутствует вредное воздействие на здоровье человека. Нормативы для животного и растительного мира находятся на стадии разработки. В качестве гигиенических нормативов выступают: предельно допустимая концентрация (ПДК) и ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) в атмосферном воздухе населенных мест. При нормировании выбросов существуют ограничения по достижению ПДК в различных точках местности. Во-первых, они определяются, как правило, только в приземном слое атмосферы, т.е. на высоте 1,5…2,5м от поверхности земли. Вокруг территории предприятия устанавливается санитарно-защитная зона (СЗЗ), внутри границ которой допускается многократное превышение ПДК. Основное условие, чтобы внутри СЗЗ не находился жилой сектор. Установление границ СЗЗ для предприятий, по нашему мнению, зашло в некоторый тупик и имеют большой элемент субъективности. В зависимости от воздействия на среду обитания и здоровье человека для предприятия должен устанавливаться минимальный размер нормативной санитарно-защитной зоны от 50 до 1000м.