Файл: Природа ВЕЧЕРНИКИ.doc

Выше этой зоны организуется зона дожигания оставшихся продуктов неполного сгорания за счет третичного воздуха, поступающего через сопла острого дутья. Экспериментальные данные ВТИ показывают, что этим методом достигается снижение выхода оксидов азота на 30-50 % . В энергетике России метод трехступенчатого сжигания углей пока широкого распространения не получил, однако результаты работ ВТИ важны, так как доля угля в ближайшей перспективе в балансе энергопотребления России значительно возрастет.

Опыт эксплуатации показывает, что еще далеко не решена проблема снижения выбросов оксидов азота для котлов с жидким шлакоудалением-(ЖШУ), работающих на углях с высоким содержанием азота. В качестве примера возьмем ТЭЦ 22 "Мосэнерго", сжигающую Кузнецкий уголь. На ТЭЦ-22 установлены три типа энергетических котлов ТП-80, ТП-87, ТПП-210А. При сжигании угля производится подсветка природным газом. Все котлы предназначены для работы на твердом топливе с жидким шлакоудалением. Концентрация оксидов азота в дымовых газах при работе котлов на твердом топливе и номинальной нагрузке достигает 1100–1400 мг/нм³, что в несколько раз превышает допустимые нормы. Следует отметить, что доля угля в топливном балансе ТЭЦ-22 составляет в настоящее время около 20 %. При работе на природном газе (и мазуте) при применении режимных методов подавления концентрация оксидов азота в дымовых газах котлов ТП-80 и ТП-87 соответствует допустимым нормам. При сжигании же Кузнецкого угля на всех энергетических котлах ТЭЦ-22 концентрации оксидов азота значительно превышают допустимые нормы. Поэтому в первую очередь надо направить усилия на разработку мероприятий по снижению выбросов оксидов азота на котлах ТЭЦ-22 при их работе на твердом топливе. Возможны следующие пути решения этой проблемы: установка каталитической очистки дымовых газов от оксидов азота на всех энергетических котлах; значительная реконструкция котлов с целью внедрения режимных методов двух и трехступенчатого сжигания угля.

2.5. Снижение выбросов оксидов азота с дымовыми газами водогорейных котлов

В предыдущих параграфах основное внимание было уделено мероприятиям по снижению выбросов оксидов азота с дымовыми газами энергетических котлов. Однако не меньшего внимания требуют эти вопросы и для водогрейных котлов, которые часто устанавливаются на ТЭЦ крупных городов. Эти котлы работают в основном на газе или мазуте. Так, в системе "Мосэнерго" более 100 единиц водогрейных котлов. Поэтому на ТЭЦ "Мосэнерго" проводится большая работа по ограничению выбросов оксидов азота и на водогрейных котлах. Показательной в этом отношении является ТЭЦ-26. На этой станции установлено 9 водогрейных котлов: 5-ПТВМ-180 и 4-КВГМ –180. На водогорейных котлах этой ТЭЦ применен широкий комплекс природоохранных мероприятий, включая установку горелок двухступенчатого сжигания (горелки ГДС) на котлах ПТВМ-180, ступенчатое сжигание и рециркуляция дымовых газов в зону горения на котлах КВГМ-180. В результате концентрации оксидов азота в дымовых газах всех водогрейных котлов ТЭЦ-26 при сжигании природного газа во всем диапазоне теплопроизводительностей составляют 130200 мг/нм³, т.е. существенно ниже установленных норм. При этом на котлах КВГМ-180 в режимах сжигания топлива сочетающих ступенчатое сжигание с рециркуляцией дымовых газов уровень концентраций еще ниже: 50100 мг/нм³.

Положительный опыт внедрения на водогрейных котлах режимных мероприятий по снижению выбросов оксидов азота имеется на ТЭЦ-21, ТЭЦ-23 и др. Снижению величин C_NOxв дымовых газах водогрейных котлов способствует и то, что эти котлы мало работают при номинальной теплопроизводительности. Приведенные примеры показывают, что проблема снижения выбросов оксидов азота с дымовыми газами водогрейных котлов до уровня допустимых норм (300–380 мг/м³) может быть практически решена.

3. Очистка дымовых газов от оксидов азота

3.1. Селективное каталитическое восстановление оксидов азота

B области энергетики наиболее широко распространен процесс DENOX - это каталитический процесс селективного восстановления (CKB - SCR) оксидов азота (NO_x) безводным аммиаком, водным раствором аммиака или мочевины. B результате оксиды азота восстанавливаются до свободного азота, не образуя вторичных загрязняющих окружающую среду веществ. Наиболее широко этот процесс применяется в западных странах и Японии. B мире построено около 100 таких установок. В России оборудованы установками DENOX два котла. Одной из ведущих в области внедрения технологии DENOX и в области разработки катализаторов является фирма «Хальдор Топсе А/О» (Дания). Этой фирмой разработаны конструкции катализатора DNX, обладающие различными гидравлическими диаметрами и химическим составом, соответствующие широкому спектру требований к процессу. Технологическая схема процесса DENOX представлена на рис.10. Основным элементом этой схемы является реактор селективного каталитического восстановления оксидов азота. B реакторе оксиды азота (NO и NO₂), содержащиеся в очищаемом газе, селективно восстанавливаются аммиаком (NH₃) или мочевиной в присутствии катализатора (V₂O₅ на волокнисто-керамическом носителе TiO₂) с образованием свободного азота и паров воды согласно реакции:

6NO + 4NH₃ = 5N₂ + 6H₂O. (17)

Принципиальной частью системы DENOX является катализатор. Катализатор должен отвечать следующим требованиям: высокая активность восстановления NO_x; низкое гидравлическое сопротивление; низкий уровень окисления оксидов серы; малый вес; высокая стойкость к термическим ударам; высокая механическая стабильность.

Разработаны катализаторы DNX различных гидравлических диаметров и состав, что обеспечивает получение оптимального решения в соответствии с требованиями по стойкости к загрязнению катализатора и стабильности его активности. Катализатор помещен в стальные кожухи спе­циа­льной формы, которые помещаются в реакторе.

Впрыск аммиака или мочевины в очищаемый газ перед реактором ДЕНОКС производится инжекци­онной систе­мой с большим числом форсунок, или более простой инжекционной трубой устанав­ливае­мой за стати­ческим смесителем. Этим достигается равномерное соотношение NH₃/NO_x по сечению газохода на входе в реактор. Равно­мерное распре­деление газа по сечению реактора DENOX обеспечивается специально спроек­тированными направляющими лопатками, установленными на входе в реактор. В случае, когда очищаемый газ имеет существен­ную запы­ленность, в дополнение к направляю­щим лопат­кам устанавливается выправляю­щая решетка для минимизации заноса пылью вер­хней части ката­лизатора и его эрозии. Для увеличения срока службы катализатора реа­ктор, как правило, конструируется по край­ней мере с одной пустой дополнительной по­лкой для катализатора, кото­рая позднее может быть загружена дополни­тель­ным слоем катализа­тора с целью компенсации нормальной дезактивации первой за­грузки катализатора.

Реактор DENOX представляет собой жесткую свар­ную конструкцию, выполненную из листо­вой углеро­дис­той или низколегированной ста­ли. Конструктивно реактор может быть выполнен верти­кальным и горизонтальным. Для котельных установок разработан ряд вариантов схемных решений раз­меще­ния установки DENOX Топсе: за экономайзером (схема для газов высокой запылен­ности); после фильтра очистки от пыли (схема для газов низкой запыленности).

Смонтированные установки очищают дымовые газы расходом от 2000 нм³/ч до 2500000 нм³/ч.

Основные преимущества процесса DENOX: эффективность выше 95% при проскоке аммиака не превышающем 2 ppm; не образуется продуктов, загрязняющих окружающую среду; простая схема процесса обеспечивает низкие затраты на эксплуатацию; быстро адаптируется к изменениям расхода и температуры газа.

3.2. Селективное некаталитическое восстановление

Процесс селективного некаталитического восстановления осуществляется подачей реагента–восстановителя (чаще всего это аммиак) в дымовые газы, движущиеся в газоходах котла:

4NO + 4NH₃ + O₂ = 4N₂ + 6 H₂O. (18)

На процесс восстановления влияют следующие параметры: степень перемешивания NH₃ с дымовыми газами, соотношение NH₃/NOx, температура. Процесс рекомендуется проводить в области температур 8001000 С.. При применении в качестве восстановителя водорода или метана оптимальная температура снижается. Так, при соотношении H₂/NOx=2 оптимальная температура составляет 697С.

В Японии на энергоблоке мощностью 180 МВт , работающем на мазуте, при мольном соотношении NH₃/NOx=4 достигнута степень очистки газа 60%. На блоке 375 МВт, работающем на мазуте, при соотношении NH₃/NOx=1,5 достигнута степень очистки 3545% . При этом содержание аммиака в очищенном газе составляла 1323 мг/м³. При соотношении NH₃/NOx=0,3–0,5 и при начальной концентрации NOx равной 400 мг/м³, степень очистки составляла всего лишь 1020%. В России также есть опыт применения этого метода, при этом степень очистки менялась в широких пределах: от 15% до75% в зависимости от соотношения NH₃/NOx. Наилучший результат получен при стехиометрическом соотношении NH₃/NOx. Таким образом, метод некаталитического восстановления может быть применен лишь в отдельных случаях.

3.3. Применение ускоренных электронов

Разработка процесса одновременной очистки дымовых газов от оксидов азота и серы с помощью ускоренных электронов была начата в 1970 г. в Японии ( фирма "Эбара"). Позже подобные работы были начаты в США, Германии и России. Физико-химическая сущность метода заключается в том, что ускоренные электроны "бомбардируют" молекулы газа и инициируют возникновение химически активных частиц (атомарный кислород, радикалы OH, HO₂ и др.), взаимодействующих с оксидами азота и серы и образующих в присутствии паров воды азотную и серную кислоты, а также частично восстанавливающих оксиды азота до N₂. Нейтрализацией этих кислот вводимыми химическими реагентами можно получить химические удобрения и другие вещества, хорошо улавливаемые в фильтрах.

Электронно-лучевой метод характеризуется следующими показателями: высокой степенью одновременной очистки газов от оксидов серы (до 95%) и азота (85%); низкими энергозатратами на очистку (до 4% мощности энергоблока); возможностью использования продуктов очистки в народном хозяйстве, т.е. безотходностью; умеренными капитальными затратами и окупаемостью эксплуатационных затрат за счет реализации продукта. Все это характеризует метод как один из перспективных и универсальных. К недостаткам метода следует отнести необходимость сооружения устройств радиационной защиты персонала от воздействия гамма излучения.