Снижение выбросов вредных веществ в атмосферу и их рассеивание при сжигании топлива

Проблемы уменьшения удельного расхода топлива в технологических процессах и снижение выбросов вредных веществ в атмосферу при сжигании топлива являются актуальными во всем мире. Поиск путей уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу в процессе сжигания топлива идет по двум направлениям: первый — установление газоочистных сооружений после тепловых агрегатов, второй — разработка таких технологий, которые позволяют уменьшить интенсивность образования вредных веществ в самом процессе сжигания топлива. Второй путь более экономичен, так как не требует больших капитальных затрат на установку газоочистных сооружений и позволяет уменьшить образование вредных веществ, таких как окислы азота, на 40—70%.

Реализовано два принципиально новых способа сжигания топлива. Первый способ основан на повышении теплоотдачи от факела к нагреваемой среде путем наложения электрических потенциалов на факел; второй способ состоит в низкочастотной подаче через горелки чередующихся порций топливовоздушной смеси, причем с различными коэффициентами расхода воздуха. В начальной порции горение топлива происходит с недостатком кислорода. В результате этого создается восстановительная среда и оксиды азота не образуются. В последующей — горение идет с большим избытком воздуха, что определяет более низкую температуру горения, и снижается образование оксидов азота.

Снизить содержание оксида углерода в продуктах сгорания топлива можно путем обеспечения правильного топочного процесса. Так, при сжигании газа и мазута выброс СО не превышает 0,05%, а при тщательном регулировании процесса горения — не более 0,01%. При работе котельных установок на мазуте необходимыми условиями полного сгорания являются применение жидких присадок, достаточный подогрев и тонкость распыления и обеспечение правильного топочного процесса. Переход на газообразное топливо обусловливает полное сжигание и уменьшает количество образующихся канцерогенных веществ. Установлено, что при сжигании газообразного топлива с коэффициентом избытка воздуха в топке 1,05 в продуктах сгорания бензопирена оказывается не больше, чем в воздухе атмосферы. Вместе с тем при неправильном ведении процесса горения количество бензопирена может значительно увеличиться (до 50 раз при сжигании мазута и до 10 раз при сжигании природного газа). Таким образом, основным средством борьбы с загрязнением воздуха канцерогенными веществами является обеспечение максимальной полноты сгорания топлива.

Снизить выбросы вредных веществ можно путем уменьшения содержания их в топливе, снижения количества вредных веществ, образующихся в процессе горения топлива, очистки продуктов сгорания от вредных примесей перед выбросом в атмосферу. В твердом топливе сера содержится в трех формах: в виде включений колчедана (FeS₂), серы, входящей в состав молекул органической массы топлива, и сульфатной (в сернокислых солях кальция и щелочных металлов). Для удаления из угля колчеданной и органической серы может быть применено гидротермическое обессеривание углей. При таком способе измельченное топливо обрабатывают в автоклавах щелочными растворами, содержащими гидраты оксидов натрия и калия, после чего получается уголь с малым содержанием серы. Отделение угля от жидкости осуществляют центрифугированием, после чего уголь сушат. При сжигании твердого и жидкого топлива для улавливания летучей золы, частичек несгоревшего топлива и сажи применяют золоуловители и фильтры, серийно выпускаемые нашей промышленностью. Если происходит полное сгорание топлива, то практически вся сера сгорает и в продуктах сгорания находится в основном слабореакциоиный сернистый ангидрид.

Очистку продуктов сгорания от серного и сернистого ангидридов осуществляют в мокрых скрубберах. Вода улавливает серный ангидрид хорошо, а сернистый ангидрид — плохо, поэтому для увеличения доли его улавливания применяют поглотители. При орошении потока продуктов сгорания известковым молоком можно добиться улавливания до 90% сернистого ангидрида, причем стоимость очистки составляет всего около 12% стоимости топлива. Однако при применении известковых суспензий в газоочистной аппаратуре образуются карбонатные отложения, затрудняется работа распылителей и жидкостных трактов системы газоочистки. Для устранения этих недостатков применяют известково-щелочной метод улавливания сернистого ангидрида, при котором оксиды серы улавливают с помощью щелочного раствора, а известь используют для подщелачивания жидкости.

Основной причиной образования NO_t. в камерах сгорания является высокая температура. В частности, по данным ООО «ВНИИГАЗ», поступления в атмосферу вредных веществ с продуктами сгорания топлива на газотурбинных установках (ГТУ) компрессорных станций ОАО «Газпром» оцениваются следующими цифрами: оксид азота — 140 тыс. т/год, оксид углерода — 210 тыс. т/год, углекислый газ — 81,5 млн т/год. Средневзвешенная концентрация загрязняющих веществ составляет около 180 мг/м³ для оксида азота и около 250 мг/м³ для оксида углерода.

Оптимизация горения и сокращение концентрации оксидов азота и других примесей может достигаться различными методами. Вот некоторые из них.