Однако через пониженный уровень кислорода горение может быть неполным и количество несгоревшего углерода в золе может увеличиться. Кроме того, может снизиться температура пара. Снижение уровня кислорода в зонах возгорания может также привести к повышенному уровню оксида углерода СО. Результатом этих изменений может стать снижение к.п.д. котла, шлакование, коррозия и общее отрицательное воздействие на производительность котла. Другим эффектом данной технологии может стать не только снижение NOx, но и образование триоксида серы SOз, наличие которого в дымовых газах может вызвать низкотемпературную коррозию и отложения в воздухоподогревателе и золоуловителей.
Малотоксичные горелки (МТГ) видоизменяют способ введения воздуха и топлива для того, чтобы отсрочить смешивание, снизить доступность кислорода и снизить максимальную температуру пламени. Применение МТГ замедляет преобразование топливного азота в NOx и образованиетермическихNOx, при этом поддерживая высокую эффективность сжигания. Потери давления в воздушном канале увеличиваются, обуславливая рост эксплуатационных расходов. На сегодняшний день внедрено большое количество конструкций вихревых горелок с низким выходом NOx. Характерным для таких горелок является разделение вторичного воздуха на потоки, различающихся по расходом, скоростью и величиной скрутки. В настоящее время для оптимизации конструкции горелок все в большей степени вовлекаются результаты трехмерного моделирования и крупномасштабных стендов.
Действенным мероприятием уменьшению выхода оксида азота при обеспечении устойчивого воспламенения выгорания высоко реакционного угля является метод тангенциального горения. Горелочные сопла направлены таким образом, что потоки угля и воздуха направлены по касательной к небольшому кругу, что лежит в горизонтальной плоскости, в центре топливные. Интенсивное перемешивание происходит там, где эти потоки встречаются. Имеющаяся действие обеспечивает контакт между топливом и кислородом, что способствует быстрому сгоранию и уменьшению потерь углерода. Одним из перспективных методов уменьшения выхода NOx в энергетических котлах является трехступенчатоесжигания (Rebuming). Суть трехступенчатого сжигания заключается в организации трех зон горения. В первой зоне сжигается около 75−85% топлива с коэффициентом избытка воздуха, близким к единице. Эта зона нужна для организации устойчивого выхода шлака (особенно для котлов с жидким удалением шлака) и предотвращения переноса избыточного кислорода в следующую зону горения, который будет там поддерживать возможно образование NOx.
Другая часть топлива подается во вторую зону горения с восстановительной газовой средой. При этом в газовой среде возникают радикалы углеводородов и продукты неполного сгорания (СО, H2), которые восстанавливают образованные в первой зоне оксиды азота до молекулярного. Во второй зоне в качестве топлива используют мелкую пыль угля с большим содержанием летучих или природного газа. Скорость снижения концентрации NOx в восстановительной зоне зависит от интенсивности перемешивания вторичного топлива с основным потоком продуктов сгорания и скорости химического реагирования оксида азота с газами-восстановителями. В третьей зоне горения через каналы «верхнего» воздуха (Over Fire Air — OFA) подается воздух для завершения горения путем догоряння продуктов неполного сгорания. На рис.
12 приведена схема усовершенствованного процесса Reburning с дополнительным использованием технологии селективного некаталитического восстановления для уменьшения выбросов оксидов азота. Рис.
12. Схема усовершенствованной технологии Reburning: а — зона горения основного топлива; б — зона восстановления; в — зона догорания;
1 — воздух; 2 — основное топливо; 3 — топливо-восстановитель; 4 — третичное дутье; 5 — присадка восстановителя оксидов азота.
Разработка и исследование этого способа были начаты в 1980;е годы и до сих пор продолжаются в Японии, США, Германии, Украине и России. Имеющийся опыт показал, что использование технологии Reburпing не является экономически целесообразной при применении малотоксичных горелок и ступенчатой подаче воздуха. К наиболее распространенным технологиям азотоочистки дымовых газов относятся селективное некаталитическое восстановление (СНКВ) и селективное каталитическое восстановление (СКВ) оксидов азота до молекулярного азота и водяного пара путем ряда реагирований с химическим агентом, введенным в дымовые газы. Самыми распространенными химическими реагентами, которые используются в промышленных установках, является аммиак и карбамид (для СНКВ) и аммиак (для СКВ). Наибольшее число «аммиачных» систем очистки использует в качестве реагента безводный аммиак NH3.
Однако из-за условийбезопасности хранения и обработки NH3 много ТЭС используют водный раствор массовой концентрацией до 25%. На рис. 13 и 14 приведены технологические схемы процессов селективного каталитического и селективного некаталитического восстановления. Рис. 13. Схема процесса СКВРис. 14. Схема процесса СНКВПроцесс селективного каталитического разложения (СКВ) является широко применяемым процессом снижения выбросов оксидов азота на больших тепловых электростанциях в Европе и в других странах мира, таких как Япония и США. Это каталитический процесс, основанный на селективном снижении концентрации оксидов азота с помощью аммиака или мочевины в присутствии катализатора.
Восстановитель впрыскивается в поток дымовых газов на входе в катализатор. Преобразование NOx происходит на поверхности катализатора при температуре обычно между 170 и 510 °C. Катализаторы СКВ на основе оксида металла, работающие при вышеуказанной температуре, доступные на рынке и часто применяются. Процесс селективного некаталитического восстановления (СНКВ) является вторичным мерой, используется для снижения выбросов оксидов азота, образовавшихся в дымовых газах. Он происходит без катализатора при температурах от 850 до 1100 ° С. Температурный интервал сильно зависит от реагента (аммиак, карбамид или водный раствор аммиака). В таблице 5 приведены основные характеристики вторичных мер снижения выбросов оксидов азота.
Таблица 5. Основные характеристики вторичных мер снижения выбросов оксидов азота.
Вторичный мероприятие Степень снижения выбросов Другие параметры Примечания Параметр Величина Селективное каталитическое восстановление (СКВ) 80−95% Рабочая температура 350 -450 ° С (высокое содержание пыли) 170−300 ° С (конечная обработка) Проскок аммиака увеличивается с ростом соотношения NH3/NOx, что может вызвать проблемы, например, слишком высокое содержание аммиака в летучей золе. Эта проблема может быть решена путем использования большего объема катализатора и / или улучшением смешивания NH3 и NOx в отходящих газах; неполнота реакции NH3з NOx может привести к образованию сульфата аммония, который вызывает отложения на оборудовании ниже по потоку дымовых газов, таком же как катализатор или воздухонагревателей, увеличено количество NH3 в сточных водах установок десульфуризации, обмывочный воде воздухонагревателя и увеличение концентрации NH3 в летучей золе. Такая неполнота реакции маловероятна, она происходит в случае катастрофических повреждений всей системы СКВ; срок службы катализатора составляет 6−10 лет при сжигании угля, 8−12 лет при сжигании нефтепродуктов и свыше 10 лет при сжигании газа; срок службы катализатора составляет 40 000−80 000 часов и может быть увеличен периодическими промывками. Реагент Аммиак, карбамид Отношение NH3/NOx0,8−1,0 Проскок NH3<5 мг / нм 3Доступность > 98% Степень конверсии SO2/SO3 с катализатором 1,0−1,5% (конечная обработка) Энергопотребление как% от электрической мощности 0,5% для всех применений Перепад давления на катализаторе 400−1000.
Па Селективное некаталитическоевосстановление (СНКВ) 30−50% Рабочая температура 850−1050 ° СПроцессы СНКВ могут обеспечивать 30−50% снижение как среднее для различных условий эксплуатации. Снижение NOx может быть получено на конкретных котлах, при хороших условиях, а низкие значения там, где условия плохие, иногда на существующих предприятиях; СНКВ не могут использоваться с газовыми турбинами через низкое время реакции и необходимого температурного интервала; неполнота реакции N43 с Ж) х может привести к образованию сульфатов аммония, которые вызывают отложения на оборудовании ниже по потоку газа, таком как воздухонагреватель, увеличено количество NH3 в сточных водах установок, обмывочных водах воздухоподогревателя и увеличение концентрации NH3 в летучей золе; Реагент Аммиак, карбамид Отношение NH3/NOx1,5−2,5 Доступность > 97% Проскок NH3<10 мг / нм 3Энергопотребление как% от электрической мощности 0,1−0,3% Время реакции в температурном диапазоне 0,2−0,5 с Заключение.
Одним из наиболее эффективных путей модернизации является внедрение новых комбинированных газопаровых турбин, обеспечивающих максимальный КПД и высокую маневренность. Особенности сжигания топлива в газопаровых турбинах с повышенной интенсивностью процессов смешивания и сгорания позволяют получить более низкий уровень загрязнения окружающей среды, чем в других тепловых двигателях, практически по всем вредными компонентами. Опыт зарубежной энергетики показывает, что реконструкция генерирующего и газоочистного оборудования, которая требует меньших капиталовложений, позволяет продлить срок его работы, повысить его надежность и экономичность, уменьшить антропогенное давление на окружающую среду. Анализ эффективности очистки газовых выбросов от взвешенных частиц на разных золоочисных установках (табл. 2) показывает, что наиболее эффективными являются электрофильтр и рукавный фильтр, в частности по улавливанию мелкодисперсных частиц.
Электростатические фильтры, которые сегодня являются наиболее распространенными пылеочистительными аппаратами на отечественных ТЭС, могут обеспечивать достаточно высокую степень очистки газов только при определенных условиях эксплуатации, а именно — низкой скорости газового потока, относительно крупных размеров частиц пыли, оптимальном удельном сопротивлении, оптимальном режиме встряхивания электродов, отсутствии вторичного выноса и т. д. Даже незначительные изменения одного из вышеперечисленных параметров процесса приводит к снижению эффективности работы фильтров. Негативное влияние на КПД ЭСФ оказывает также неравномерность концентрации твердых частиц по сечению фильтра на ТЭС. Реальный КПД существующих ЭСФ на ТЭС находится в пределах 90−98%, что с учетом реальной запыленности газов на входе пылеулавливающих установки не позволяет обеспечить европейские стандарты. В зарубежной практике и в нашей стране в последнее время для очистки газов, выбрасываемых ТЭС, а также в коксохимической и в металлургической промышленности широко применяются рукавные фильтры, что обусловлено высокими технико-экономическими показателями их работы (η= 99,9%). Долгое время использование рукавных фильтров в теплоэнергетике задерживалось отсутствием фильтровальных тканей, которые выдерживают высокую температуру (от 150 до 280 ° С), значительную влажность и наличие вдымовых газах агрессивных компонентов — оксидов серы и азота, хлористого водорода и др.
Препятствием к внедрению в систему газопилеочистки на предприятиях энергетической отрасли было и то, что из-за высокого содержания смолистых веществ в дымовых газах при разжигании котлов мазутом усложнялась эксплуатация технологического оборудования ТЭС. Применение рукавных фильтров нового поколения позволяет проводить очистку газов от мелкодисперсной фракции летучей золы и от некоторых химических компонентов, в частности, от оксидов серы. Температурная стойкость современных тканей, которые широко используются в рукавных фильтрах для очистки газов в теплоэнергетике большинстве европейских стран, колеблется в пределах 100−280 о С. Специальная обработка тканей придает материалу и химическую устойчивость.
Алехнович А.Н., Богомолов В. В. Конструкции топочно-горелочных устройств для снижения оксидов азота и шлакования, сжигания низкореакционных углей (обзор) // V научно-практическая конференция «Минеральная часть топлива, шлакование, очистка котлов, улавливание и использование золы», Челябинск, 7−9 июня 2011 г. — с. 72−89., Алиев Г. М.-А. Техника пылеулавливания и очистка промышленных газов: Справочник. — М.: Металлургия, 1986.
— 544 сАничков С.Н., Гиниятуллин Р. И., Зыков А. М. Повышение эффективности улавливания летучей золы в аппаратах мокрого золоулавливания. // Электрические станции, 2009, № 8. — с. 59−62.Белоусов В. В. Теоретические основы процессов газоочистки.
— М.: Металлургия, 1988. — 256 с. Вольчин И., Борисов М.
Технология десульфуризации дымовых газов DEEMIS // Энергетика и электрификация, 2007, № 3 — С. 25−28.Вольчин И. А. Об использовании карбамида в схемах полусухого сероочистки. // Энергетика и электрификация, 2011, № 9 — С. 3−12.Горячев И. К. О разработке рукавных фильтров для теплоэнергетики //Теплоенергетика. — 2002.
— № 2. — С. 74−75.Журавлев Е. П. Экологический вектор развития энергетики. // Экология и промышленность. ;
2005. — № 32 (3). — С. 26−31Залогин Н.Г., Шухер С. М. Очистка дымовых газов. М.: Госэнергоиздат. 1954.
— 224 с, Использование метода трехступенчатого сжигания для подавления NOx на отопительных котлах / В. Р. Котлер, Г. А. Ахалая и др. // Энергохозяйство за рубежом. 1992. № 4.
С.17−20Конвенция о доступе к информации, участии общественности в процессе принятия решений и доступе к правосудию по вопросам, касающимся окружающей среды [Орхусская конвенция]. //.
http://www.un.org/ru/documents/decl_conv/conventions/orhus.shtmlКорчевой Ю.П., Майстренко А. Ю., Топал А. И. Экологически чистые угольные технологии. К.: Наукова думка, 2004. — 186 с. Котлер B.P., Енякин Ю. П. Реализация и эффективность технологических методов подавления оксидов азота на ТЭС // Теплоэнергетика.
1994. № 6. — С. 2−9.Котлер В. Р. Оксиды азота в дымовых газах котлов. М.: Энергоатомиздат, 1987.
Котлер В.Р., Пейн Р. Снижение газообразных выбросов без очистки дымовых газов на ТЭС (опыт США) // Электрические станции. 1994. № 7. С. 65−71.Кропп Л. И., Харьковский М. С. Мокрое золоулавлиавние в условиях оборотного водоснабжения.
— М.: Энергия, 1980. — 112 с., Мадоян А. А., Базаянц Г. В. Сероулавливание на ТЭС. ;
Киев: Техника. 1992. — 160 с., О применении рукавных фильтров в теплоэнергетике // В. Д. Осипенко, В. В. Осипенко, Г. П. Брахнов, Е. П. Дворников, И. А. Вольчин, А. А. Потапов // Энергетика и электрификация, 2004, № 1. ;
С. 52−55Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов тепловых электростанций/ Л. А. Рихтер, Э. П. Волков, В. Н. Покровский: Под общ.
ред. П. С. Непорожнего. — М.: Энергоиздат, 1981. — 296 с., Повышение экологической безопасности тепловых электростанций / А. И. Абрамов, Д. П. Елизаров, А. Н. Ремезов и др.; под.
ред. А. С. Седлова. — М: Издательство МЭИ, 2001.
— 378 с., Подвысоцкий Р. Энергетическая безопасность и опасность. // Чрезвычайная ситуация.
— 2000. — № 1 — С. 14−17.Сигал И. Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива.
— Л.: Недра, 1977. 295 сСнижение выбросов оксидов азота с помощью режимных мероприятий / В. Р. Котлер, С. Е. Беликов, А. В. Ильин, Б. Н. Васильев // Промышленная энергетика. 1994. № 7. — С.
63−67., Справочник по пылеи золоулавливанию /М.И.Бергер, А. Ю. Вальдберг и др. /Под общ.
ред. А. А. Русанова. — М.: Енергоиздат, 1983.
— 312 с. Старк С. Б. Газоочистные аппараты и установки в металлургическом производстве. — М.: Металлургия, 1984. — 397 с. Страус В. Промышленная очистка газов: Пер. с англ. ;
М.: Химия, 1981. — 616 с., Тумановский А. Г. Экологические проблемы тепловых электростанций // Электрические станции, 2005, № 1. ;
С. 7−15Ужов В.Н., Вальтберг А. Ю., Мяков Б. И., Решидов И. К. Очистка промышленных газов от пыли. М.: Химия. 1981., Упрощенная схема рециркуляции дымовых газов как средство сокращения выбросов оксидов азота / В. Р. Котлер, Е. Д. Кругляк, С. Е. Беликов, Б. Н. Васильев // Энергетик. 1995. № 1. ;
С. 16−18., Хмыров В. И. Уменьшение выхода окислов азота при сжигании азотсодержащих топлив // Теплоэнергетика. 1984. № 7. С. 18−20., Ходаков Ю. С. Оксиды азота и теплоэнергетика.
Проблемы и решения. М.: ООО «Эст-М», 2001 — 345 cШвыдкий В.С., Ладыгичев М. Г. Очистка газов: Справочник. — М.: Теплоэнергетик, 2002. — 640 сЭнергетика и охрана окружающей среды /Под ред. Н. Г. Залогина.
— М.: Энергия, 1999.— 352 с. Air pollution control and design for industry / edited by Paul N. C heremisinoff. — N ew York: Marcell Dekker, Inc. CRC P.
ress, 1993. — 359 p., Kohl A.I. Gas purification. 5th ed. H ouston: Gulf Publishing Company, 1997.
— 1403 p. Alstom Power’s Flash Dryer Absorber for Flue Gas Desulfurization / S. A hman, Ch.B. Barranger, P.G. Maurin // Proceedings of International Joint Power Generation Conference Phoenix, AZ, USA, June 24−26, 2002.
— 7 p. Altman R., Bukley W., Ray I. W et Electrostatic Precipitation Demonstrating Promise for Fine Particulate Control. P.
art I. //P ower Engineering, 2001Altman R., Bukley W., Ray I. W et Electrostatic Precipitation Demonstrating Promise for Fine Particulate Control. P art I. //Power Engineering, 2001, January, Council Directive 96/61/EC of 24 September 1996 concerning integrated pollution prevention and control // Official Journal L 257, 10.
10.1996, p. 26−40,Current Issues of Construction and Operation of Boilers Szczyrk, Orle Gniazdo, Poland, October 17−20, 2006Directive 2008/1/EC of the European Parliament and of the Council of 15 January 2008 concerning integrated pollution prevention and control (Codified version) // Official Journal L 24, 29.
01.2008, p. 8−29.Flue Gas Desulfurization Technology Evaluation. D ry Lime vs. W.
et Limestone FGD. — P repared by Surgent & Lundi for National Lime Association. M arch 2007, www.lime.orgFoster Wheeler’s Low NOx Systems for Tangential Fired Power Boilers / John Grusha, Brad Moulton, // Presented at 10 International Conference on Boiler Technology 2006Goss W.L. Advances in Semi-dry Absorption for Multi-Pollutant Control. T he MEGA Conference 2001, 8/22/01., Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC).
R eference Document on Best Available Techniques for Large Combustion Plants. J uly 2006. I nstitute for Prospective Technological Studies (SevilleJaasund S.A. Electrostatic Precipitator: Better Wet than Dry // Chemical Engineering, November 23, 1987 — p. 159−163Maripuu M., Gansley R., Olesen R. E, Crespi M. D.
esign of the FLOWPAC WFGD System For The Amager Power Plant // Proc. of Power-Gen Conference. FGD O perating Experience. N ovember 29, 2006, Orlando, FLMultipollutant Emission Control Technology Options for Coal-fired Power Plants / E. S.
tratos Tavoulareas, Wojciech Jozewicz. — W ashington: US EPA, 2005. — 139 p. Operating Experience, Risk and Market Assessment of Clean Coal Technologies: 2005 / N.A.H. Holt, J.M. Wheeldon. — EPRI, 2005.
— 114 p. www.epri.com, Reliant Energy’s Seward project earns POWER’s Plant of the Year Award. // P ower, September 2004Schnelle, Karl B. A ir pollution control technology handbook.
— B oca Raton, Florida: CRC Press LLC, 2001 — 543 р. Srivastava, R.K.; Jozewicz, W. F lue gas desulfurization: the state of the art // Journal of the Air & Waste Management Association, December 1, 2001Status of Integrated Emission Control Process Development. A irborne and ReACT Process Technical Review /C. Dene — EPRI, 2005. ;
114 p. www.epri.com, ReACT Reduces Emissions and Water Use / H. J ames Peters // Power, July 1, 2010. The flexible design of the CT-121 FGD — a perfect match for DONG Energy’s Asnss Power Station / N.
K ristensen, S. K ido // PowerGen Europe 2009The limitation of emissions of certain into the air from large combustion plants /DURECTIVE 2001/80/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 23 October 2001 //Official Journal of the European Communities, L 309/4, 2001Zevenhoven R., Kilpinen P.
C ontrol of pollutants in flue gases and fuel gases // Helsinki University of Technology / Nordic Energy Research Programme, Solid Fuel Committee. F ebruary 2004. Espoo/Turku, Finland.
