9. Нормирование выбросов в атмосферу.

Все примеси продуктов сгорания можно разделить на: 1. Вредные в-ва, кол-во которых мало зависти от технологии сжигания и определяется составом топлива –V₂O₅, SO₂, зола. 2. Вредные в-ва, образование которых зависит как от состава топлива, так и от конструктивных и режимных условий сжигания: NO, NO₂, CO.

По степени опасности (токсичности) продуктов сгорания 5 классов вещ-в: 1. чрезвычайно опасные: V₂O₅, 2. высокоопасные NO₂, H₂S, летучая зола, при содержании CaO >35 %, 3. умеренноопасные: NO, SO₂, SO₃, сажа, лет.зола при содержании CaO<15% и пыль неорг-я. 4. малоопасные:NH3, CO. 5. безопасные: N₂, O₂, H₂O, CO₂.

Закон об охране атм. воздуха уст-т следующие нормативные показатели: ПДК, ПДВ, ВСВ.

ПДК - такая к-ция, к-я при ежедневном воздействии не оказ-т на орг-м ч-ка прямого или косвенного д-я, не снижает его работоспособности, не влияет на его самочувствие или настроение при действии в течении длит-го времени и не сказ-ся на потомстве.

ПДК дает санитарно-гигиеническую оценку кач-ва в-ха и уст-ся в расчете на самые ранимые группы нас-я, т.е. дети, пожилые, больные. ПДК устанавливается для 2х периодоввозд-я: -среднесуточное, -макс-но разовая. Ср.сут.-основная, для предотвращения неблагоприятного воздействия, берётся как среднее за 24 часа. Макс-но разовая - для вещ-в с резким запахом, определяется по порогу рефлекторного дей-ия. Служит для оценки пиковых объемов конц-ции за 20 мин. Для вещ-в, у к-х ПДК не задано, уст-ся ОБУВ – относительно безопасный уровень воздействия или ВДК – временно допустимая конц-я.

Т.к. ПДК не дает ответа какой из источников создает эти конц-ции и сколько вредных вещ-в они выбрасывают в ед. времени, то вводится ПДВ(т/год) – норматив для каждого конкретного источника загрязнения при условии, что выбросы вредных вещ-в всех ист-в не создадут приземных конц-ий > ПДК. При установлении ПДВ учит-ся фоновые конц-ции, к-е относятся к 20 мин. интервалу. ПДВ д. пересм-ся не реже 1 раза в 5 лет. Условие:

1). Ci/ПДКi ≤ 1;

2). Если в в-хе несколько вредных вещ-в , то суммация их действия: C1/ПДК1+C2/ПДК2+…+ Ci/ПДКi ≤ 1;

Для расчета ПДВ необходимо знать: хар-ку источника, метеорологическую, топографическую и соц-ную хар-ку. Если на предпр-ии ПДВ не м.б. достигнуто, то выбросы снижаются поэтапно до ПДВ.

ПДВ явл-ся средством текущего контроля за предприятием и не отражает экол-х хар-к оборуд-я. ПДУВ – пред. допустимые удельные выбросы. Приводятся в виде конц-ции в г/м^3.

10.Характеристики сухих инерционных золоуловителей.

Наибольшее применение. Циклоны, имеют тангенц. ввод потока, ч-цы под дей-ем ц/б силы отбрасываются к стенке и падают в бункер. Основное отделение частиц от газа при повороте потока на 180°.

«+»: надежность при высоких t-рах; нет движ-ся частей; простота констр-ции

«-»: низкая эффект-ть улавливания мелких ч-ц; большое гидравлич-е сопр-ие

Наиб. распространены циклоны типа ЦН. Особенность: патрубок имеет наклон. ЦН-11,15,24(угол наклона). Могут применяться и в одиночном, и в групповом исполнении. Блоки ц. имеют общий коллектор грязного газа, сборник очищенного газа и пылевой бункер.

Похожи циклоны типа Ц. Отличием явл-ся констр-ция вход. и выходного патрубка: вход. без наклона, а выходной имеет улиточный отвод газа. Могут применяться и в одиночном, и в групповом исполнении. Оба типа ц. для котлов произв-тью 2,5-20 т/ч.

Попытки снизить сопр-ие при уменьшении габаритов привели к ЦКТИ. Имеют тангенц. ввод газа. Низкое гидр-кое сопр-ие, но падает эфф-ть улавливания, поэтому удаляется в основном крупные ч-цы и обычно исп-ся как 1-ая ступень очистки. ЦКТИ м. иметь футеровку для защиты от абразивного износа. Может работать со скоростями в 2 раза > чем ЦН.

Батарейные циклоны состоят из большого числа параллельно включ-х эл-тов, заключенных в общий корпус, имеют общий подвод и отвод газов и сборный бункер. Закрутка потока осущ-ся установкой в каждом элементе направляющего аппарата типа «винт» или «розетка». БЦ получается компактным и большая производительность. Для равномерного подвода газа ко всем эл-там распределительная камера клиновидная. Корпус прямоугольный, реже круглый.

Недостаток закрутки привело к созданию ц-ных эл-тов с полуулиточным подводом газа (БЦУ-М). КПД 93-95٪. По компоновке 3 типа: с вертик-ми ц., с угловой установкой ц., в рассечку. Некоторые БЦ вместо полуулиточного ввода имеют 4 улиточных ввода, что увеличивает степень очистки и выравнивает угловую неравномерность. Уменьшение числа эл-тов снижает перетоки газов в бункере. Для повышения эфф-ти работы эти ц. могут иметь систему отсоса и рециркуляции части газов. Перед дымососом рец-ции уст-ся прямоточный циклон ЦКТИ. Преимущества больших циклон-х эл-тов – они меньше забиваются золой.

11. Мокрые золоуловители.

В мокрой газоочистке процесс золоулавливания сопровождается абсорбцией и охлаждением газов. Можно выделить следующие группы: полые газопромыватели, насадочные газопромыватели, тарельчатые газопромыватели, пенные и барботажные аппараты, скрубберы, скрубберы вентуры.

«+»: высокая степень улавливания (до 95%), способность улавливать как крупные, так и мелкие фракции.

«-»: 1.Значительный расход воды (0,2-0,4 кг/м³газа), 2.Охлаждение и увлажнение дымовых газов в результате контакта их с водой. Это приводит к уменьшению разницы между температурой газов и температурой т. росы. Возникает опасность выпадения росы и коррозии поверхностей, поэтому тем-ра за мокрыми золоуловителями д.б. не ниже 120⁰С. 3.При наличии в газах оксидов серы увеличивается кислотность воды и требуется нейтрализация воды перед сбросом. При взаимодействии с бикарбонатом кальция образуется труднорастворимый сульфит Са, которым обрастает золоуловитель.

Простейшие - полые газопр-ли. В них газы пропускаются через завесу распыленной жидкости. Частицы захватываются водой и осаждаются. Примером такого аппарата являются орошаемые газоходы.

Ряд форсунок и брызгал встраивается в газоход или дымовую трубу для создания водяных завес. Скорость газов принимается не ниже 3 м/с, чтобы не было брызг уноса, а расход воды составляет 0,1-0,3кг/м³ газов. В большинстве случаев после орошаемых газоходов надо установить каплеулавливатели.

В энергетике чаще используются ц/б аппараты. Ц/б аппараты могут быть 2-х видов: аппараты с закруткой потока с помощью центр-го лопастного закручивателя и аппараты с танг-ным или улиточным подводом газов. Орошение осуществляется форсунками, установленными в центральной части аппарата или вдоль стенок.

Сейчас в теплоэнергетике часто используются комбинированные з/ул типа МС ВТИ и МВОРГЭС. Они состоят из коагулятора-вентури и скруббера-каплеуловителя. Коагулятор-вентури тангенциально подсоединяется к каплеулавливателю, в нижней части скруббер имеет пленочное орошение внутренних стенок через сопла, расположенные в верхней части камеры.

Основными элементами коагулятора-вентури явл-ся конфузор, в котором происходит разгон потока до 50-70м/с; горловины, в которых происходит дробление капель воды при взаимодействии с быстродвижущимся потоком и диффузор, в котором происходит столкновение частиц золы с каплями воды и снижение скорости газового потока. Захват частиц золы происходит за счет 2-х механизмов: 1.за счет разности скоростей частицы и капли. Частицы золы, несущиеся со скоростью газов, попадают в капли, которые не успели разогнаться потоком. 2.за счет турбулентных пульсаций частиц золы, которые попадают в малопульсирующие капли. В коаг.-вентури наиболее эффективно улавливаются тонкие фракции, а в каплеуловители лучше улавливаются крупные частицы., поэтому эфф-ть очистки высокая 95-98%. Внутр. пов-ть з/ул. футеруется кислотоупорной керамической плиткой.

Мокрые з/ул-ли не рекомендуется применять, если:

1.Содержание в золе оксида Са больше 12-15%. 2.При наличии в топливе знач-го кол-ва S. Требуется нейтрализация гидрозоловой пульпы, что сопряжено со знач-ми затратами. 3.т.к дымовые газы после мокрых з/ул. имеют низкую тем-ру, то н-мо > эффективно рассеивание, т.е. > высота дымовой трубы.

11. Способы снижения выбросов оксидов серы и азота (обзор).

Дей-ие оксидов серы на окр.среду двояко: 1-загрязнение района размещения ТЭС, 2-выпадение кислотных дождей с тяжелыми Ме. Снижение выбросов можно организовать на разных стадиях: на стадии топливоподготовки, связывание серы при сжигании топлива, при очистке дым. газов перед выбросом в атм-ру, рассеивание с помощью дым. труб.

• Снижение вредных выбросов на стадии топливоподготовки. Их «+»: независимость очистки от режимов работы ТЭС

- для оксидов серы:

а) ТВЁРДОЕ ТОПЛИВО

1). Обогащение угля – удаление колчеданной серы при измельчении угля путем сухой или мокрой сепарации.

2). Газификация угля – процесс неполного окисления органической части т-ва разными окислителями при высоких давлениях и t-рах в спец-ных газогенераторах.

3). Химические методы воздей-я – удаление орг-кой серы растворителями при повышенных давлениях и t-рах.

б) ЖИДКОЕ ТОПЛИВО

1). Метод каталитического гидрирования. Прямой метод сероочистки – нефтяной остаток подвергается гидрированию без отделения тяжелых фракций. При косвенном методе нефть предварительно подвергается вакуумной перегонке или экстракции → отделяются тяжелые фракции.

2).Пиролиз – высокотемпературная безокислительная переработка топлива.

- для оксидов азота:

1). Предварительная термическая обработка угольной пыли – при подогреве уг. пыли в восстановительной среде при α=0,02-0,03 разрушаются азотосодержащие компоненты т-ва.

2).Водоугольные суспензии – искусственно обводненный уголь, транспортируемый по трубопроводам, для сжигания в котлах без обезвоживания.

3). Высокоt-ный подогрев мазута.

• Связывание серы в кипящем слое – т-во сжигают в кипящем слое частиц размолотого известняка(CaCO3), ч-цы изв-ка реагируют с серой и непрерывно отводятся.

• Очистка дым. газов перед выбросом в атм-ру:

- от оксидов серы

1. Мокрый известковый способ очистки, 2. Мокро-сухой способ, 3. Магнезитовый метод очистки, 4. Аммиачно-сульфатный способ, 5. Аммиачно-циклические методы.

Упрощенные малозатр-е техн-гии сероочистки: 1. Использование мокрых з/ул, 2. Исп-е эл/ф или технология Е-SО₂, 3. Сухая известковая технол-я (СИТ), 4. Опыты Рязанской ГРЭС.

- от оксидов азота

3 группы методов очистки:

1. Окислительные методы, основанные на окислении оксида азота NО в диоксид NО₂ с последующим поглощением разл-ми поглотителями.

2. Восстановительные (СКВ и СНКВ) – основанные на вос-ии оксида азота NО до N₂ и О₂ с применением катализаторов.

3. Сорбционные методы – основанные на поглощении оксидов разл-ми сорбентами, например, цеолитом (глина), торфом, водными растворами щелочей.

- Режимные мероприятия по снижению NО_х

1). Сжигание с малым избытком коэф-та избытка воздуха, 2) Рециркуляция продуктов сгорания или дым. газов, 3) Впрыск влаги в зону горения, 4) Снижение темп-ры горячего воздуха, 5) Нестехиометрическое сжигание.

- Конструктивные мероприятия по снижению NО_х

а) усовершенствованные горелочные устройства

б) топочные устройства с пониженным образованием оксидов азота

в) двухсветный экран

г) двухступенчатое сжигание.

11. Способы очистки дымовых газов от оксидов серы.

1) Очистка не должна значительно увеличивать себестоимость тепловой и э. энергии

2) Установки не должны занимать большую площадь

3) Реагенты не д.б дорогими и дефицитными, конечные продукты очистки д.б. пригодны для переработки и использования

4) Метод не д. требовать больших реконструкцию оборудования и должна поддаваться автоматизации

5) Коррозия оборудования д.б сведена к минимуму

6) Температура дымовых газов д.б увеличена, чтоб обеспечить рассеивание в атмосфере

Методы очистки: 1)циклический 2) нециклический

В циклическом методе адсорбент регенерируется и возвращается в цикл, а улавленый SO₂ используется. В разомкнутых методах регенерация не производится. Применение циклических методов очистки в обозримый период экономики неоправданно, тк это сложное производство и оно м.б. рентабельным при содержании серы 3-4%. Совершенствование методов очистки идет по пути создания безопасных технологий.

Сухие и мокрые методы сероочистки.

Сухие основаны на сорбции и в качестве сорбентов исп. активированные угли, полукокс, селикогель, синтетические смолы, оксиды и карбонаты щелочноземельных металлов.

«+» высокая t очищаемых газов, малые энергозатраты, высокий КПД, min потребление воды

«-« большие габариты, значительные площади, высокая стоимость

мокрые:

«+» высокая эффективность, дешевизна, доступность реагентов(известняк), возможность одновременно улавливать серозолу.

«-« сложность экологической схемы, большие размеры установки, необходимость повторного подогрева газов перед выбросом в атмосферу

В настоящее время известно около 200 методов очистки, но только 70 используется в промышленности, но разрабатывается только 10 методов.

11. Упрощенные технологии сероочистки.

1. Использование мокрых з/ул – т.е сероочистка совмещается с з/ул-лем. В обычных мокрых з/ул. связывается не более 10% SО₂, т.к. время контакта с водой невелико. Для сероочистки прим-ют активные реагенты, напр соду и увеличивают расход воды. Дымовые газы промывают в скруббере р-ром соды: SО₂+ Nа₂СО₃ →Nа₂SО₃+ СО_2. После скруббера пульпу собирают в конверторе, куда вводят суспензию извести: Nа₂SО₃+ Ca(OH)₂ →CaSО₃+ СО₂ Этот сульфит Са м. доокисляться до двуводного гипса. После осветл-я пульпы тв. фазу напр-ют в золоотвал, а жидкую – в з/ул. Перед выбросами требуется подогрев дым. газов.

2. Исп-ние эл/ф или технология Е-SО₂.

Перед эл/ф устан-ся фор-камера, куда впрыскивают тонко дисперсированную извест-ю суспензию, к-я адсорбирует SО₂. При контакте с дым. газами суспензия испаряется, поэтому при входе в эл/ф отходы сероочистки высушены и в смеси с золой удаляются в эл/ф обычным способом. Исп-ся мокро-сухой способ сероочистки. В фор-камере дым. газы неск-ко увлажняются, что исключает явление обратной короны при очистке газов всех отечественных углей.

3. Сухая известковая технол-я (СИТ)

Прим-ся, если степень очистки не превышает 30-35%. Тонко размолотый известняк вводится в зону котла с темпер-ой 1000-1100^оС, где превращается в активную известь СаО, к-рая связывает сернистый ангидрид SО₂. Ввод реагента в котел вместе с топливом через горелки исключен, т.к. под действием высокой темпер-ры известняк пережигается и теряет свою активность. В нек-рых случаях возможно шлакование пов-ти из-за добавления шлака. Если за котлом установлен эл/ф, невозможно принять меры для предотвращения обратной короны из-за повышения удельного эл-го сопр-ия смеси золы и отьходов сероочистки. Если за котлом установлены мокрые з/ул, то в них м. исп-ся непрореагировавшая известь и тем самым повышается степень улавл-я SО_2. Можно вводить реагент в конв-ю шахту котла, но в этом случае применима лишь известь и сода, как активные реагенты.

4. Опыты Рязанской ГРЭС

SО₂ связывается непосредственно при сжигании топлива. Присадочное топливо, н-р карбонасодержащие горючие сланцы или малозольные бурые угли вводится вместе с основным топливом и м. составлять до 50% по массе.

«+»: совмещение сероочистки и основного горения без потери , не треб-ся реконструкция котлов.

Анализ показателей различных технологий сероочистки позволяет сделать след выводы: 1. Е- SО₂ техн-я наибольее эф-на при приведенной сернистости топлива =0,1. Этот способ удовл-ет международн. требованиям, но его стоимость соизмерима с МИС. 2. СИТ применима когда примененная сернистость ≤0,07٪кг/МДж и треб-ся очистка не более 35%.

11. Очистка дымовых газов от оксидов азота.

Т-ра оксидов азота определяется режимами и орг-цией топочного процесса. В принципе NО_х м. удалять из дым. газов, однако это напр-е не получило промыш-го развития, т.к. при удалении NО_х из дым. газов следует учитывать ряд трудностей: 1. Более низкие т-ры оксидов азота в дым. газах по сравнению с SО₂., 2. высокая химич. устойчивость, особенно NО.

3 группы методов очистки:

1. Окислительные методы, основанные на окислении оксида азота NО в диоксид NО₂ с последующим поглощением разл-ми поглотителями.

2. Восстановительные – основанные на вос-ии оксида азота NО до N₂ и О₂ с применением катализаторов.

3. Сорбционные методы – основанные на поглощении оксидов разл-ми сорбентами, например, цеалитом(глина), торфом, водными растворами щелочей.

В энергетике применимы восстановительные методы. Очистка этими методами осложняется след-ми причинами: наличие в дым. газах золы и оксидов серы отравляет и загр-ет катизатор, у катал-ра д.б. темпер-ра приблиз-но 450^о, т.е. более высокая, чем за з/ул.

Аммиак является единственным восстановителем избирательного дей-я, способным восстановить оксиды азота. Катал-ром явл-ся пентооксид ванадия, нанесенный на активный гамма-оксид алюминия. Этот кат-р устойчив к сернистым соед-ям. Очистка осущ-ся след-м образом: в поток дым. газов между экономайзером и воздухопод-лем вводится коллектор (перфорир-я труба) ч/з отверстия которой выходит аммиак. На расстоянии 0,5-1,5 м от нее расположена кассета с катализатором V₂О₅. Степень вос-я аммиаком 71-95%. После очистки с прод-ми сгорания выбрасывается аммиак, что повышает токсичность продуктов сгорания и явл-ся недостатком метода (СКВ).

Второй метод из восстан-х – СНКВ (селективно-не каталитический метод). Аммиак вдувается в топочную камеру при темпер-рах 950-1000 градС. Этот метод позволяет избавиться от кат-ра. Степень восстановления зависит от темпер-ры, соотн-ния аммиак-оксид азота и времени реакции. Важнейшей тенденцией явл-ся совмещение этих 2-х методов, тогда процесс идет по след-щей схеме: подача аммиака в топку приводит к частичному воссан-ию оксидов азота и повышению содержания аммиака в дым газах. Путем добавления кат-ра на пов-ти в-хоподогр-ля за счет аммиака, прсут-го в дым. газ., на кат-ре обеспечивается доп. восст-ние оксидов азота.

Для системы СНКВ не нужны знач-е затраты, но эффек-ть знач-но ниже, чем СКВ. СНКВ м. снизить выбросы в 2 р., а при СКВ – в 5-10раз., но при реализации СНКВ возникает ряд трудностей: 1.невозможно обеспечить оптим-ю темпер-ру дым.газов по всему сечению газохода, 2.недостаточно протяженность реакционной зоны, обеспечив-я необходимое время протекания реакции, 3.невозможно равномерно расп-ть аммиак по всему газоходу, чтобы обеспечить оптим-ое соотн-е аммиак-оксид азота.

Ближайшая задача – совершенствование режимно-конструктивных мероприятий, снижающих выбросы NО_х.

11. Режимно-конструктивные мероприятия по снижению выбросов NO_X.

- Режимные мероприятия по снижению NО_х

1). Сжигание с малым избытком коэф-та избытка воздуха с 1.1 – 1.3 до 1.03 – 1.05 образование NО_х снижается на 25-30 %, но приводит к увеличению выбросов концерагенных веществ. Поэтому этот способ возможен только при условии усовершенствования горелок и устранения неорганизованных присосов в топку.

2) Рециркуляция продуктов сгорания или дым. газов. При подводе продуктов сгорания в зону горения снижается температура горения и уменьшается концентрация реагирующих веществ. Наиболее эффективно подача газов в зону активного горения, поэтому целесообразно вводить продукты сгорания в воздухопроводы перед горелками или подавать их в топку через отдельные каналы горелок. Рециркуляция воздействует только на термические оксиды азота. Степень рец-ции 20-30%, что снижает NО_х на 30-60%. Большая степень рец-ции ведет к обрыву и погасанию факела. Орг-ция рец-ции дорога, т.к. требуются дутьевой вентилятор и газоходы рец-ции.

3) Впрыск влаги в зону горения. Впрыск влаги в виде воды или вод. пара подавляет в основном терм-ого оксида азота и значительно меньше влияет на выход топливных NО_{х .} Этот метод исп-ся в виде природоохранного мероприятия только при сжигании газа и мазута. Впрыск влаги снижает температуру в зоне горения и разбавляет конц-ию в реагентах. Первый фактор - определяющий, поэтому впрыск производят непосредственно в ядро горения. К недостаткам метода относят снижение КПД котла на 0,5-1,3 % за счет увеличения потерь с уходящими газами и сернокислотной и кислородной коррозии поверхности нагрева.

4) Снижение темп-ры горячего воздуха. Это вызывает снижение темп-ры в зоне горения, следовательно снижение образования термических оксидов азота. Метод может использоваться при сжигании газов в ряде случаев мазута. Существенное снижение темп-ры горячего воздуха приводит к увел-ию темп-ры уходящих газов и снижению КПД котла. Эти меры рекомендуются как кратковременные при неблагоприятных метеоусловиях, т.к. при малых затратах можно обеспечить снижение NО_х на 10-30%.

5) Нестехиометрическое сжигание – это способ организации в топочной камере раздельных восстановительной с α < 1 и окислительной c α > 1-1,2 зон горения при сохранении традиционных коэф-ов избытка воздуха при выходе из топки. При этом в восстановительной зоне подавляется образование термических и топливных NО_х из-за недостатка О₂ , а в окислительной сдерживается образованием терм-их оксидов азота из-за более низкой темп-ры горения при больших α. На практике метод реализуется путем разбаланса топливо - воздух в горелках и по ярусам горелок.

- Конструктивные мероприятия по снижению NО_х

К ним относят мероприятия для реализации которых требуется изменение конструкции топки, горелочных устройств или изменение компоновки горелок в топочной камере. К ним относятся:

а) усовершенствованные горелочные устройства б) топочные устройства с пониженным образованием оксидов азота в) двухсветный экран г) двухступенчатое сжигание

Горелки с пониженным выбросом токсичных продуктов сгорания можно разделить на 4 типа: 1 – улучшенного смешения, 2 – с рецирк-цией пр-тов сгорания, 3 – со ступенчатым сжиганием т-ва, 4 – многофакельного типа. Улучшенное смешение дает короткий факел и сокращается время пребывания т-ва в высокотемпер-рной зоне.

11. Выбор высоты дымовой трубы по условиям рассеивания.

где А- коэффициент температурной стратификации атмосферы, определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания

М- валовый выброс, г/с

F- коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере; F=1 – для газообразных выбросов,F=2 – при степени очистки дым. газов >90°, F=2,5 – при степени очистки 75-90٪, F=3 – без очистки.

m, n- коэффициенты, учитывающие подъём факела над трубой

С_пдк- предельно допустимая концентрация

С_ф- фоновая концентрация

V- объём уходящих газов, м³/с

- разность температур между уходящими газами и окружающим атмосферным воздухом