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.
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 <https://www.ekokataliz.ru/applications/by-emission/nitrichydrocarbon/>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 должно решаться путем внедрения специальных технологических мероприятий (первичные мероприятия), направленных на подавление образования окислов азота в процессе сгорания топлива в топках котлов 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:
) уменьшение избытка воздуха (L=1,02-1,03) топке до минимальной величины при условии полного сгорания топлива;
) уменьшение температуры подогрева воздуха, поступающего в топку в пределах, допустимых по условиям эффективного его сжигания;
) 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%);
) 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;
) 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;
) установка специальных по конструкции горелочных устройств, обеспечивающих пониженный выход окислов азота;
) 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. 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.
2. Сухие золоуловители. Циклоны
Для улавливания твердых частиц из дымовых газов существуют сухие и мокрые золоуловители. Аппараты для сухой очистка дымовых газов основаны на использовании сил инерции, тяжести и центробежных или на образовании коронного разряда между электродами и направленного движения газа, несущего твердые частицы к положительному электроду, на котором частицы осаждаются.
К сухим золоуловителям относятся жалюзийные золоуловители, циклоны различного типа и электрофильтры.
Жалюзийный золоуловитель ВТИ состоит из решетки- жалюзи, бункера и циклона. Поток газов с золой со скоростью 12 - 16 м/с входит в жалюзи, изменяет свое направление почти на 180° и разделяется на две части: один поток в количестве 7 - 10% поступает в циклон вместе с золой, другой - в газоходы; степень очистка дымовых газов около 50%, сопротивление от 0,3 до 0,9 кПа (от 30 до 90 кгс/м2).
Такие золоуловители применяются при слоевом сжигании твердого топлива, так как они не улавливают мелких твердых частиц (с размером примерно до 20 мкм), и при любом способе сжигания твердого топлива для временно работающих котельных установок.
Для лучшей очистка дымовых газов в тех случаях, когда твердое топливо сжигается в слое и количество дымовых газов не превышает 1,4 м3/с (50-103 м3/ч), т. е. теплопроизводительность котельной не более 3,5 МВт (3 Гкал/ч), применяются циклоны НИИОГАЗ. (рис.1).
выброс котельная циклон очистка
Принцип действия циклона
Рис.1. Циклон типа НИИОГАЗ 1-стенка циклона; 2-тангенциальный короб; 3-емкость циклона; 4-канал циклона;5-патрубок.
Принцип действия циклона основан на закручивании тангенциальным коробом 2 входящего запыленного потока дымовых газов с последующим изменением направления движения (резким поворотом). За счет центробежных сил более тяжелые частицы золы отжимаются к стенкам циклона 1 и по ним скользят вниз в емкость 3; очищенные газы по центрально расположенному патрубку 5 выходят в отводящий короб. Удаление золы из емкости в канал или другое устройство 4 осуществляется через специальную течку и мигалку.
Увеличение диаметра циклона и доли мелких твердых частиц снижает эффективность очистки газов, которая в среднем в одиночном циклоне составляет 85%. Поэтому для одиночных установок предложен конический циклон типа СК-ЦН, который позволяет снизить содержание мелких частиц в выходящих газах в 2 - 3 раза.
Степень очистки дымовых газов повышается при установке нескольких циклонов малого размера, соединенных блоком, с общими коробами на входе для запыленного и выходе - очищенного газа. Схема установки блока циклонов показана на рис. 2.
Рис.2. Блок циклонов ЦКТИ.
1-циклон; 2-кожух; 3-подводящий патрубок; 4-распределительная камера; 5-перекидной шибер; 6-решетка; 7- чугунный корпус; 8-стальной патрубок; 9-выходная камера; 10-стальная решетка; 11-лаз; 12- взрывной клапан; 13- бункер.
Шибер 1 позволяет на малых нагрузках отключить половину циклонов и сохранить нужную степень очистки газов. Блоки устанавливаются за котлами со сдоевыми топками, когда степень очистки может составлять 80 - 90%, но при количестве дымовых газов до 0,85 м3/с (до 30 -103 м3/ч).
Степень очистки газов перед выбросом в атмосферу можно повысить, если на входе запыленного потока и на выходе газов в центральный патрубок поставить устройства, увеличивающие закручивание потока, как это сделано институтом Гипрогазоочистка в циклоне типа ЦМС. Такие циклоны имеют при одинаковых значениях скоростей и температур газов несколько меньшее газовое сопротивление, что позволяет их использовать при естественной тяге, т. е. в тех случаях, когда сопротивление золоуловителя должно быть низким.
При уменьшении диаметра циклона степень улавливания твердых частиц при прочих равных условиях возрастает; при увеличении количества циклонов их компоновка, естественно, затрудняется.
Батарейный циклон, состоящий из большого числа (от 20 до 56) циклонов 1 с наружным диаметром 254 мм, скомпонованных внутри общего кожуха 2, покрытого тепловой изоляцией. Кожух 2 разделен на две секции, каждая из которых имеет свой подводящий патрубок 3 и расположенную за ним распределительную камеру 4. Перед патрубком установлен перекидной шибер 5, позволяющий при разных его положениях пропускать запыленные газы через весь, одну или две трети циклона. Выходная камера 9 выполнена общей. Каждый элемент - циклон состоит из чугунного корпуса 7, закрепленного болтами на опорной нижней решетке 6. Газ через закручивающие 7 розетки или другие направляющие аппараты 7 входит в циклон, очищается и по стальному патрубку 8 выходит в выходную камеру 9.
Для закрепления стальных патрубков сваркой низ выходной камеры выполнен в виде стальной решетки 10. Верхняя крышка кожуха имеет лаз 11 и взрывной клапан 12. Уловленные твердые частицы попадают; в бункера 13, из которых их удаляют тем или иным способом.
Батарейным циклоном можно отделить из дымовых газов при слоевом сжигании топлива 85 - 92% твердых частиц и при камерном - 83 - 90%; тазовое сопротивление батарейного циклона равно при этих условиях 0,4 - 0,6 кПа (40 - 60 кгс/м2).
Заключение
Природоохранные мероприятия на подобных объектах должны реализовываться при разработке плана производства таким образом, чтобы рост производственных мощностей выпуска продукции сопровождался соответствующим ростом производительности очистных сооружений, повышением качества очистки.
В качестве сооружения для защиты атмосферного воздуха от загрязнений, выделяемых коммунально-бытовыми котельными и ТЭЦ, используют аппараты сухой и мокрой очистки отходящих газов и запыленного вентиляционного воздуха. К первым относятся циклоны, а ко вторым - скрубберы Вентури в комплексе с каплеуловителями.
В данной работе была разработана система очистки газов на коммунально-бытовой котельной, в которую вошли группа циклонов, скруббер Вентури.
Литература
1. Бузников Е.Ф., Роддатис К.Ф., Берзиньш Э.Я. Производственные и отопительные котельные./ - М.: Энергоатомиздат, 2004.
. ГОСТ 10617-83 (1999). Котлы отопительные. Общие технические условия. Межгосударственный стандарт. - М., 1999.
. СНиП II-35-76 (2012).Котельные установки.- М.,2012.
. Гусев Ю.Л. Основы проектирования котельных установок. 2-е изд. - М.: Стройиздат, 1973. - 248 с.
. Сидельковский Л.Н.,Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий. 3-е изд./ Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 312 с.
. С.В. Белов,Ф.А. Барбинов, А.Ф. Козьяков и др.- Охрана окружающей среды: Учеб. Для Технических Специализированных Вузов/ С.В. Белов,Ф.А. Барбинов, А.Ф. Козьяков и др.- М.: Высшая школа.,1991
. Родионов А.В. Техника защиты окружающей среды. - М.:Химия,1989
. Циклоны НИИОГАЗ, Руководство, указания по проектированию, изготовлению, монтажу, эксплуатации. Ярославль: Ярославское издательство, 1970