Предложения по снижению экологического риска при эксплуатации котельной поселка «Мирный»

10 Очистка дымовых газов перед выбросом в атмосферу

При сжигании различных топлив, наряду с основными продуктами сгорания (СО , H O, N ), в атмосферу поступают загрязняющие твердые (зола, сажа), а также газообразные токсичные вещества, а именно: сернистый и серный ангидрид (SO и SO ), окислы азота (NO и NO ),  фтористые соединения ванадия. В случае недостаточно полного сгорания топлива в топках уходящие газы могут содержать окись углерода CO, углеводороды СН , С Н , а также канцерогенные углеводороды, например бенз(а)пирен и др.

Все продукты неполного сгорания являются вредными, однако при современной технике  сжигание топлива их образование  можно предотвратить или свести к минимуму; то же относится и к содержанию окислов азота в уходящих газах. Из всех окислов азота  наиболее часто в дымовых газах содержится окись NO и двуокись NO , причем двуокись является наиболее стойким продутом. Высшие окислы – N O , N O , N ₂O₅ – существуют в атмосферных условиях только при низких температурах.

Суммарный выброс сернистых соединений (SO₂+SO₃) определяются исходной величиной содержания серы в топливе, и не может быть исключен за счет каких-либо мероприятий в организации топочного процесса.

Таким образом, добиваться предельно допустимых концентраций сернистых и других соединений в атмосфере можно  только выбором необходимой высоты дымовой трубы, обеспечивающей рассеивание оставшихся твердых частиц и вредных газов в атмосфере.

Критерием санитарной оценки среды является предельно  допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества в воздухе. Под ПДК следует  понимать такую концентрацию различных веществ и химических соединений, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний. Предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнений устанавливается в двух показателях: как максимально-разовые (за 20 мин) и среднесуточные (за 20ч).

В таблице  №7 приведены допустимые концентрации вредных веществ в воздухе, утвержденные главным санитарно-эпидемическим  управлением Минздрава СССР и Госстроем СССР.

Расчеты ведутся по каждому вредному веществу в отдельности с тем, чтобы  концентрация каждого из них не превышала  значений, приведенных в табл.7.

Для котельных  эти условия ужесточены Минздравом ССР введением дополнительных требований о необходимости суммирования воздействия окислов серы и азота, которое определяется следующим выражением: , где C_SO C_NO - концентрация соответствующих веществ в уходящих газах, мг/м³, допустимые величины которых даны в табл.7.

Приведенные в табл.7 санитарные нормы предотвращают  прямое вредное действие на людей, но не исключают возможности неблагоприятного воздействия на окружающую среду. В  связи с этим разрабатываются  нормы ограничений выброса абсолютных количеств веществ в окружающую среду для всех промышленных предприятий, включая котельные и тепловые станции. Такие ограничения называют нормами предельно допустимых выбросов – ПДВ.

Для улавливания  твердых частиц из дымовых газов  существуют сухие и мокрые золоуловители. Аппараты для сухой очистки 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 жалюзи иные золоуловители, циклоны различного типа и электрофильтры.

Жалюзийиый  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 очистки 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 очистки 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.4.).

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 3 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 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. 5.

Шибер 1 позволяет на малых нагрузках отключить половину циклонов и сохранить нужную степень очистки газов. Блоки устанавливаются за котлами со слоевыми 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 тазов 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.

На рис. 6 изображен 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 1, закрепленного болтами на опорной нижней решетке 6. Газ через закручивающие 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%; газовое сопротивление батарейного циклона равно при этих условиях 0,4—0,6 кПа (40—60 кгс/м²).

В сухом  виде твердые частицы и зола улавливаются в тканевых и электрических фильтрах. В тканевых фильтрах газы могут быть очищены очень глубоко, даже от частиц меньше 5 мкм, но такие фильтры имеют высокое газовое сопротивление — от 0,8 до 2 кПа (от 80 до 200 кгс/м²), чувствительны к механическому воздействию, воздействию щелочей и кислот (особенно при повышенных температурах). Если точка росы дымовых газов высока, эти фильтры быстро засоряются.

Очистка дымовых газов в электрофильтрах основана на образовании коронного разряда между электродами, создании направленного движения газа между ними, захвате твердых частиц отрицательно заряженными ионами газа и их движении вместе с газом от электродов, создающих коронный разряд, к осадительным.

Схемы устройства коронирующих 1 и осадительных 2 электродов показаны  на рис.  7,а.  

Применяемые типы и профили коронирующих 3 и осадительных 4 электродов показаны на рис. 7,б. Следует подчеркнуть, что коронный разряд возникает лишь при определенной напряженности тюля, зависящей от состава газов, их температуры и давления. Удаление твердых частиц с осадительных электродов выполняется периодически отряхиванием при сухом и смывом водой при мокром способе. Последовательным расположением в потоке газов систем электродов и электрических полей получают одно-, двух-, трех- и четырехпольные электрофильтры.

Для обеспечения  хорошей (98—99%) очистки дымовых газов  в электрофильтре их скорость должна составлять 1,0—2,0 м/с и температура на входе не превышать 150—200°С. Низкие скорости и температуры дымовых газов предопределяют большие габариты и массу электрофильтров при малом газовом сопротивлении от 0,15 до 0,8 кПа (от 15 до 80 кгс/м²).

Для получения  электрически заряженных ионов газа и твердых частиц требуется высокое  напряжение электрической энергии  — порядка 80 000 В и соответствующие устройства для его повышения с обычных напряжений. Отряхивание или смыв водой твердых частиц с осадительных электродов должны осуществляться автоматически с помощью специальной аппаратуры; поэтому электрофильтры требуют значительных капитальных затрат.

На рис. 8 показан общий вид горизонтального электрофильтра пластинчатого типа ДГПН, который содержит корпус 1, собираемый из отдельных плит и опирающийся на каркас; бункера для уловленной золы 2, коронирующие электроды 3, осадительные электроды 4, механизмы для встряхивания осадительных и коронирующйх электродов 5 и устройства для привода в движение этих механизмов 6. Электрофильтры наиболее хорошо очищают газы от твердых частиц с малыми размерами; вследствие этого для улавливания крупных частиц до электрофильтров иногда устанавливаются батарейные циклоны.

Из-за больших  габаритов и массы электрофильтры применяются только при производительности котельных агрегатов Q>3,5 МВт (30 Гкал/ч) и D>1,4 кг/с (50 т/ч).

К мокрым золоуловителям относятся центробежные скрубберы ЦС-ВТИ, мокропрутковые золоуловители МП-ВТИ и пенные газоочистители. Процесс улавливания твердых частиц из дымовых газов в золоуловителях ЦС-ВТИ и МП-ВТИ происходит при осаждении частиц на пленке жидкости, текущей по внутренним поверхностям аппарата — стенкам и пруткам, и на каплях жидкости, находящихся в объеме. Одновременно с твердыми частицами в мокрых золоуловителях вода при контакте с очищаемым газом абсорбирует часть содержащихся в нем соединений серы, азота и других веществ, образуя кислые растворы. При содержании в золе дымовых газов соединений СаО больше 20% образуются твердые отложения, нарушающие работу золоуловителя и примыкающих к нему трубопроводов.

Центробежный  скруббер ВТИ, показанный на рис. 9, состоит из цилиндра 1 с коническим дном 2 и подходящим по касательной к цилиндру патрубкам 3 для ввода дымовых газов (см. сечение А—А). Внутри цилиндр выложен защитным слоем — метлахской плиткой или другим материалом, а в месте отвода золы с водой 5 трубопровод защищен свинцом (см. узел I).

Для улавливания  золы по стенкам и дну скруббера  создается пленка воды, выходящей из сопл 4 по касательной к внутренним стенкам (см. сечение Б—Б рис. 9). Газы входят со скоростью около 20 м/с и содержат пыль в количестве 15—30 г/м³; расход воды составляет от 0,1 до 0,6 кг/м³ очищаемого газа. Температура дымовых газов в скруббере снижается со 170—200 до 103—110°С, а температура воды повышается. Частично вода с золой срывается со стенок, разбрызгивается и уносится из золоуловителя в короба и дымосос, где происходит налипание золы на поверхности. Газовое сопротивление скрубберов составляет 0,6—1 кПа (60—100 кгс/м²), а степень очистки от 87 до 92%.

Изготавливаются скрубберы на расход газа от 0,28 до 2,8 м³/с (от 1·10³ до 10·10³м³/ч).

При мокрой очистке  газов необходимы очистка использованной в скрубберах воды от механических примесей, постоянный напор воды, так  как без очистки использовать повторно воду нельзя из-за загрязнения и окисления.

Мокропрутковый  золоуловитель ВТИ, показанный на рис. 10,а, состоит из орошаемой водой решетки 1 с соплами 2, разбрызгивающими воду на решетку, устанавливаемую до входа дымовых газов в скруббер и соплами на стенах цилиндрического корпуса 3, работающего по принципу центробежного скруббера.