- •Природоохранные технологии на тэс
- •Содержание
- •Предисловие
- •Введение
- •1.Современные технологические способы подавления оксидов азота
- •1.1. Этапы развития котельной техники России
- •1.2. Двухступенчатое сжигание.
- •Отрицательные последствия применения двухступенчатого сжигания
- •Опыт компании «Mitsui Babcock» по усовершенствованию двухступенчатого сжигания
- •1.3. Внедрение метода трехступенчатого сжигания на угольных электростанциях в России и снг
- •1.4. Усовершенствование метода трехступенчатого сжигания
- •1.5. Концентрическое сжигание
- •1.6.Подача воды или пара в зону горения.
- •Практическая реализация снижения nOx за счет впрыска пара
- •1.7. Опыт мэи по подавлению оксидов азота впрыском воды в зону горения
- •1.8. Рециркуляция дымовых газов
- •2. Сжигание топлив в кипящем слое
- •2.1. Сжигание твердых топлив в топках котлов, с классическим кипящим слоем
- •2.2. Топки с циркулирующим кипящим слоем
- •2.2.1. Отечественные котлы с циркулирующим кипящим слоем
- •2.2.2. Котлы с циркулирующим кипящим слоем под давлением
- •2.2.3.Зарубежные котлы с кипящим слоем (промышленный опыт)
- •Котлы с кипящим слоем, эксплуатируемые в сша
- •Применение котлов с цкс для сжигания сланцев
- •1.3.Сжигание твердых топлив с использованием аэрофонтанных предтопков
- •3. Плазменная технология
- •4. Разработка новых конструкций топочных камер для сжигания углей
- •4.1. Вихревые топки с жидким шлакоудалением
- •4.2.Принцип технологии вихревого низкотемпературного сжигания
- •4.2.1. Экономичность вир технологии
- •4.2.2. Экологические показатели
- •4.2.3.Надежность и маневренность
- •4.2.4. Результаты испытаний модернизированного котла пк-38 (ст. № 3а) Назаровской грэс
- •4.3.Пылеугольный котел с кольцевой топкой для крупных энергоблоков
- •5.Низкоэмиссионные горелочные устройства
- •5.1. Газомазутные малотоксичные горелки Классификация малотоксичных горелок
- •5.2. Зарубежные разработки малотоксичных горелок
- •5.2.1.Опыт внедрения малотоксичных горелок фирмой «Бабкок-Вилькокс»
- •5.2.2. Опыт внедрения малотоксичных вихревых горелок в Великобритании
- •5.2.3.Малотоксичные горелки, разработанные в Японии
- •5.3.Опыт внедрения малотоксичных зарубежных горелок в России
- •5.4. Работы вти по созданию малотоксичных горелок
- •5.4.1.Вихревые горелки вти
- •5.4.2. Работы вти по применению предварительной термоподготовки угольной пыли для создания горелочных устройств /6–9./
- •5.5. Разработки Томь-Усинской грэс и кгту по созданию горелочного устройства для снижения оксидов азота при сжигании газовых и длиннопламенных каменных углей в топках с жидким шлакоудалением
- •6.Термическая подготовка углей перед сжиганием в условиях тэс
- •6.1.Термическая подготовка углей в термоциклонных предтопках
- •6.2. Разработки эниНа
- •6.3. Разработки СибВти
- •6.4.Термическая подготовка углей с помощью плазменного газификатора
- •6.5. Работы Политехнического института сфу по применению предварительной термической подготовки углей в условиях тепловой электростанции для снижения оксидов азота.
- •7. Сжигание водотопливных суспензий
- •7.1. Современное состояние технологии сжигания водотопливных суспензий
- •7.2.Основные технологические характеристики водотопливных суспензий /5/.
- •7.3. Опыт применения водоугольных суспензий
- •7.3. Суспензионное топливо для мазутных тэс и котельных /5/.
- •7.4. Опыт применения водомазутных эмульсий на энергетических котлах тгмп - 314 и тгм - 96 тэц - 23 оао « Мосэнерго» /7/.
- •7.5.Разработки института «Новосибирсктеплоэлектропроект».
- •7.6. Исследования мэи (Технический университет) по применению водомазутных эмультсий для улучшения технико-экономических и экологических характеристик котельных агрегатов
- •7.7. Технико-экономическая перспективаиспользования суспензионного угольного топлива /5/.
- •8. Пассивные методы снижения токсичности дымовых газов при сжигании топлив
- •8.1. Химические методы очистки дымовых газов от оксидов серы
- •Мокросухой способ
- •Мокрый известняковый способ.
- •Озоновый способ
- •8.2.Химические методы очистки дымовых газов от оксидов азота
- •Технология сша
- •9. Золоулавливание на тэс
- •10. Мероприятия по снижению шума от оборудования тэс
- •11. Дымовые трубы тэс
- •Высота трубы, м 120 150 180 240 330
- •12. Защита водоемов от загрязнения сточными водами
- •12.1.Храктеристика сточных вод
- •12.2. Наиболее прогрессивные технические решения при эксплуатации электростанций «Мосэнерго» за счет внедрения кавитационных технологий.
- •Заключение
- •Список использованных источников Предисловие
- •К разделу № 1
- •К разделу № 2
- •К разделу № 3
- •К разделу № 4
- •К разделу №5
- •К разделу № 6
- •К разделу № 7
- •К разделу № 8
8.1. Химические методы очистки дымовых газов от оксидов серы
Содержащаяся в топливе сера служит источником образования оксидов серы SOx: сернистого SО2 и серного SО3 ангидридов. Суммарный массовый выброс SOx зависит только от содержания серы в топливе Sr.
Сера в твердых топливах может содержаться в трех видах: органическая Sop, колчеданная SK и сульфатная Sc. Органическая сера входит в состав сложных высокомолекулярных органических соединений топлива. Колчеданная сера - это ее соединения с металлами (чаще железный колчедан FeS2), она входит в состав минеральной части топлива. Сульфатная сера находится в минеральной части топлива в виде сульфатов щелочных металлов (CaS04 и MgS04) и поэтому в процессе горения дальнейшему окислению не подвергается и переходит в золу. В состав газообразных топлив сера входит только в виде сероводорода H2S или сернистого ангидрида S02. Сера в мазуте находится главным образом в составе сероорганических соединений и в меньшей степени в виде H2S и серы элементарной:
2H2S + 3O2 →2SO2 + 2Н2О (8.1)
O2
Sop → SО2 (8.2
FeS2 + 11O2 →2FeO 3 + 8SO2 (8.3)
Часть SO2 (1–5 %) затем доокисляется до серного ангидрида SO3 в ходе гомогенных реакций непосредственно при горении топлива:
SO2 + O+ M→SO3 + M (8.4)
SO2+l/2O2->SO3, (8.5)
а также в результате протекания гетерогенных реакций окисления SO2
на поверхностях нагрева с участием катализаторов, которыми могут быть V2O5, Fe2O3:
kat
SO2 + О2→SO3, (8.6)
где М -– любая частица либо молекула.
Образование оксидов серы при сжигании сернистых топлив в топочных устройствах паровых котлов в основном происходит на начальном участке факела. Наиболее высокие концентрации SО3, в несколько раз превышающие равновесные, наблюдаются в непосредственной близости от горелки. Конечная концентрация серного ангидрида SО3 в продуктах сгорания не превышает тысячных долей процента и зависит от состава топлива, режима горения, конструкции котла и состояния поверхностей нагрева.
Как правило, объемная долят SO2 составляет 97–99 %, а доля SO3 1-–3 % суммарного выхода SOx. Фактическая объемная концентрация SО2 в уходящих из котлов газах колеблется от 0,08 до 0,6 %, а концентрация SO3 – от 0,0001 до 0,0080 %.
В процессе сжигания топлива сера переходит не только в дымовые газы в виде SOx,но может отчасти связываться твердыми продуктами сгорания: золой и шлаком при сжигании угля, коксом и золовыми отложениями при сжигании мазута. Поэтому концентрации SOx в газах по длине газового тракта котла могут изменяться.
Сухая известняковая технология основана на обжиге в топочной камере котла при 1000–1100 °С тонко размолотого известняка, который превращается в этих условиях в активную известь. Интенсивность улавливания диоксида серы известью в диапазоне температур 500–850 °С зависит от тонины помола реагента, поскольку процесс сорбции определяется преимущественно поверхностью контакта реагента с газом, которая, в свою очередь, зависит от размера частиц. Естественно, что обжиг известняка сопровождается использованием части тепла дымовых газов, что снижает КПД котла. Например, при сжигании бурых углей с Q = 8,5–9,0 МДж/кг, продукты сгорания, которых содержат 4 г/м3 SO2, ввод в дымовые газы известняка в небольшом количестве снижает КПД котла на 1,1 %. Оправданная (без заметного влияния на экономичность котельного агрегата) степень сероочистки дымовых газов с помощью такой технологии составляет 30–35 %. Капитальные вложения для ее реализации, в частности, на энергоблоке мощностью 200 МВт Харанорской ГРЭС не превышают 5 дол/кВт, а доля потребляемой электроэнергии равна 0,1–0,2 %. Для размещения оборудования в ячейке котла практически не требуется дополнительные площади. Существующие отечественные технологии позволяют отказаться от пневматических систем транспортирования реагента, что резко снижает износ трубопроводов и в 3–4 раза уменьшает потребление электроэнергии на транспортирование.
Модификацией рассмотренного метода является подача тонкодисперсной извести (известковая технология) в конвективную шахту котла или соды в газоходы уходящих газов.
Если котел оснащен мокрыми золоуловителями, то общая степень сероочистки может быть повышена до 60–65 % за счет того, что непрореагировавшая известь в мокром золоуловителе, орошаемом водой, дополнительно сорбирует SO2. В результате пульпа характеризуется повышенным содержанием кальция. Для предотвращения образования отложений в мокром золоуловителе и системе внутреннего и внешнего гидрозолоудаления (ГЗУ) ВТИ выбирал безопасный солевой режим работы золоотвала и системы оборотного водоснабжения, исключающий отложения карбонатов и сульфатов.
Применение сухой известняковой технологии может приводить к изменению температуры плавления золы. Например, при сжигании углей, зола которых имеет температуру размягчения 1300 °С, применение этой технологии возможно. Но при использовании углей, которые размягчаются при 1100–1175 °С, ее применение может вызвать повышенное шлакование поверхностей нагрева котла.
Использование мокрых золоуловителей для сероочистки приемлемо при сжигании твердого топлива, в летучей золе которого имеются повышенные концентрации оксида кальция. Технология (рис. 8.1.) основана на том, что в орошающей воде искусственно увеличивают содержание ионов кальция дополнительным выщелачиванием уловленной в аппарате золы
При этом часть свободной извести превращается в гидрокарбонат Са(НСОз), растворимость которого существенно больше, чем у извести. После выщелачивателя поток разделяют в гидроциклоне на сгущенную пульпу и осветленную воду. Последнюю направляют на орошение скруббера (трубы Вентури и каплеуловителя), что и обеспечивает повышенное улавливание диоксида серы в мокром золоуловителе. Сгущенную пульпу сбрасывают на золоотвал. Гипс и другие соединения кальция, содержащиеся в этой пульпе, способствуют герметизации ложа золоотвала и прекращению фильтрации загрязненных вод в природные водоемы.
Такой режим работы мокрого золоуловителя обеспечивает 35%–ное улавливание диоксида серы и 98%-ное улавливание летучей золы.
Технология с выщелачиванием золы позволяет достигнуть указанной степени сероочистки при капитальных вложениях на уровне 8–15 дол/кВт при увеличении расхода энергии на собственные нужды, не превышающем 0,05 %.
Обеспечить очистку дымовых газов с помощью скрубберов на 50-60 % можно за счет использования в качестве реагента соды Na2CO3 (двойная щелочная технология). В этом варианте при нейтрализации диоксида серы содой образуются сульфиты и бисульфиты натрия. Обработка этих солей второй щелочью (отсюда название технологии) – известью – дает гипс, который в смеси с золой можно сбрасывать на золоотвал. Образовавшаяся после регенерации щелочь возвращается на орошение золоуловителя. Применение регенератора и двух реагентов – соды и извести – увеличивает капитальные затраты на такую сероочистку до 15–20 дол/кВт. Также увеличивается до 0,07 % и расход электроэнергии на собственные нужды.
Следует иметь в виду, что удельные площади для размещения дополнительного оборудования в районе зольного помещения невелики и составляют примерно 0,001 м2/кВт.
Технологии с применением скрубберов могут быть использованы, например, на ТЭЦ Иркутскэнерго при сжигании на них мугунского бурого и головинского каменного углей.
Для котельной установки большой мощности, оснащаемой электрофильтрами, в аналогичных условиях целесообразны мокросухие технологии сероочистки. В них реагент вводят в дымовые газы в виде суспензии, вода которой за счет тепла этих газов полностью испаряется до начала процесса электрогазоочистки. Испарение воды сопровождается охлаждением и увлажнением уходящих за котла дымовых газов, в результате чего их физический объем уменьшается на 15–18 % и соответственно увеличивается время пребывания в активной части электрофильтра. Для обеспечения эффективного размера частиц извести в суспензии на уровне 4–6 мкм (при исходном среднемедианном диаметре частиц 30–40 мкм) применяют специальный аппарат, механически обрабатывающий исходную суспензию. Суспензия с такими частицами извести начинает расслаиваться только через 3 сут. Удельные капитальные затраты для реализации этой технологии не превышают 6 дол/кВт. Все необходимое оборудование является отечественным. Увеличение расхода энергии на собственные нужды составляет примерно 0,03 %.
Рис. 8.1 Скруббер Вентури с выщелачиванием золы
Промышленное опробование было выполнено на электрофильтре типа ЭГА2-56-12-4-250-44, установленном на Дорогобужской ТЭЦ. На входе дымовых газов в форкамеру электрофильтра были установлены 24 пневматические форсунки с углом раскрытия факела 120–130°. При расходе 10%-ной известковой суспензии до 50 кг/ч образовывались капли среднемедианного диаметра 40–50 мкм. Испытания по очистке 500 000 м3/ч дымовых газов при сжигании углей типа кузнецких показали степень улавливания диоксида серы 50–60%.