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

Прутки-решетки для очистки газов изготовляются диаметром 14— 20 мм из специальных материалов — стеклопластика, капрона, резины и т. п. Во время эксплуатации решетки очищают от золы и промывают.

По предложению  УО ОРГРЭС с 1967 г. на золоуловителях МП-ВТИ  вместо решетки устанавливаются трубы Вентури 4 с центробежной форсункой для воды, что схематично изображено на рис. 10,б.

При такой  схеме золоуловитель МП-ВТИ работает эффективней, но его газовое сопротивление  увеличено в 1,3—1,5 раза.

Для эффективной  работы скорость входа дымовых газов в патрубки перед решеткой должна составлять 12—14 м/с, расход воды —0,10— 0,12 кг/м³ при запыленности газов 15—25 г/м³, из которого на сопла корпуса и смачивание решетки поступает до 40%; слив пульпы (золы и воды) осуществляется через клапан 5.

В золоуловителях МП-ВТИ дымовые газы при камерном сжигании топлива удается очистить на 85—95% при газовом сопротивлении  золоуловителя 0,6—1,0 кПа (60—100 кгс/м²), температуре газов на входе до 170°С и содержании СаО меньше 20%. Их обычно устанавливают за котельными агрегатами с Q>5,8 МВт (50 Гкал/ч) и D>21 кг/с (75 т/ч).

Золоуловители и частично короба обкладываются  внутри кислотоупорной плиткой на таком же кислотоупорном цементе.

Унос  капель воды с золой, поглощение окислов  из газов, снижение температуры газов при использовании мокрых золоуловителей способствуют коррозии газоходов и дымососов. При выборе сухих инерционных золоуловителей ЦКТИ рекомендуется при номинальной производительности котельных агрегатов иметь газовое сопротивление золоуловителя 0,5—0,6 кПа (50—60 кгс/м²).

Все типы золоуловителей следует устанавливать  до дымососов для защиты последних  от износа. Так как золоуловители  дают присос воздуха в газоход, необходимо уплотнять как сами золоуловители, так и бункера для золы, затворы и мигалки.

Установка золоуловителей выполняется индивидуальной к каждому котлоагрегату. При  установке золоуловителей вне здания котельной газоходы, короба и золоуловитель  должны быть покрыты тепловой изоляцией, места ввода, трубопроводы для воды и пульпы утеплены.

11 Очистка от газов

Переработка сернистых топлив перед сжиганием  в топках котлов. 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).

В результате обогащения угля можно удалить только колчеданную серу. Это даст ощутимый эффект, если содержание колчеданной серы составляет значительную долю общего содержания серы и вкрапления колчедана достаточно крупны. Так, например, для подмосковного бурого угля, даже при сухом методе обогащения, удается удалить 25—30 % серы.

Для удаления из угля колчеданной и органической серы может быть применено также гидротермическое обессеривание углей. При таком способе измельченное топливо обрабатывается в автоклавах щелочными растворами, содержащими гидриды окисей натрия и калия, после чего получается уголь с малым содержанием серы. Отделение угля от жидкости осуществляется центрифугированием, после чего уголь сушится.

Известен  также способ связывания серы в кипящем  слое, когда топливо сжигается  в кипящем слое частиц размолотого известняка, в которые погружены для интенсивного охлаждения поверхности нагрева котла. При температуре около 900 °С происходит диссоциация СаС03 на С02 и СаО; последняя вступает в реакции с серой, образуя в конечном счете CaSO₄ – сульфат кальция. Очистка топлива от серы в этом случае может достигать ~90%. Часть кипящего слоя, поглотившего серу топлива, подается пневмотранспортом на регенерацию. Регенерированная окись кальция возвращается в топочное устройство.

Изложенные  способы удаления серы из твердого топлива из-за своей сложности  и дороговизны не нашли применения в котельных установках.

Содержание  серы в жидком топливе можно понизить, подвергая его воздействию высоких температур с использованием окислителей (газификация) или без них (пиролиз).

Процесс газификации осуществляется в условиях высоких температур (900 - 1300ºС) при  органическом доступе кислорода (40 – 45% теоретически необходимого). Жидкое топливо почти целиком превращается в газ, а сернистые соединения топлива – в основном в сероводород. Очистка газа от сероводорода обычно осуществляется абсорбцией. Все эти способы очистки мазута от серы в обычных котельных не применяются из-за сложности и достаточно высокой стоимости.

Очистка продуктов сгорания от окислов серы с помощью мокрых скрубберов, как  показал опыт их работы, малоэффективна, т. к. вода поглощает лишь некоторую  часть SO₃, образуя серную кислоту и в очень малой степени SO₂. Для увеличения поглощения SO₂, содержащегося в дымовых газах в относительно небольших концентрациях (0,1 – 0,3%), требуется применять более эффективные поглотители – а именно водные растворы или взвеси веществ, переводя окислы серы в сульфаты или сульфиты. Известны также установки для очистки газов от окислов серы известью.

Методы  подавления образования  окислов азота  в топках котлов. Окислы азота вредно действуют на органы дыхания живых организмов и вызывают ряд серьезных заболеваний, а также разрушающе действуют на оборудование и материалы, способствуют образованию смогов и ухудшению видимости.

По данным табл.7 можно судить о токсичности окислов азота. Так, максимально-разовая, предельно допустимая концентрация двуокиси азота почти в 6 раз ниже, чем ПДК для сернистого ангидрида, и в 30 раз меньше, чем для окиси углерода. Окислы азота образуются за счет окисления содержащегося в топливе азота и азота воздуха и. содержатся в продуктах сгорания всех топлив — углей, мазутов и природного газа. Условием окисления азота воздуха является диссоциация молекулы кислорода воздуха под действием высоких температур в топке (1900—2000 °С).

В результате реакций в топочной , камере образуется в основном окись азота NO (более 95%). Образование двуокиси азота N02 за счет доокисле-ния NO требует значительного времени и происходит при низких температурах на открытом воздухе. Таким образом, на выходе из дымовой трубы состав окислов азота почти не изменяется по сравнению с топочной камерой и только в атмосфере происходит процесс его постепенного доокисления. Концентрация окислов азота в уходящих газах котлов находится в пределах от ОД до 1,3 г/м3. Количество окислов азота, образующихся при горении, зависит от уровня и распределения температур, т. е. зависит от соотношения скорости горения и скорости отвода теплоты от факела.

Наибольший  выход окислов азота характерен для высококалорийных сортов топлива  и форсированных топок. В воде NO практически не растворяется. Очистка продуктов сгорания от NO и других окислов азота технически сложна и в большинстве случаев экономически нерентабельна. Вследствие этого усилия, как у нас, так и за рубежом направлены в основном на снижение образования окислов азота в топках котлов.

Образование окислов азота в процессе горения топлива уменьшается при снижении температуры горения, при сокращении времени пребывания азота и кислорода в высокотемпературной части факела, а также при уменьшении количества свободного кислорода в факеле. Анализ основных факторов, влияющих на образование окислов   азота,   позволяет   наметить методы их подавления в топке.

Радикальным способом снижения образования окислов  азота является организация двухстадийного сжигания топлива, т. е. применение двухступенчатых  горелочных устройств. По этому методу в первичную зону горения подается 50 – 70% необходимого для горения воздуха, остальная часть воздуха (50 – 30%) поступает во вторую зону, где происходит дожигание продуктов неполного сгорания.

Отвод теплоты из первичной зоны горения  должен быть достаточно большим, чтобы заключительная стадия процесса горения происходила при более низкой температуры.

В настоящее  время проводятся исследования работы горелочных устройств для двухстадийного горения или получения растянутого по длине топочной камеры факела, что должно обеспечивать значительное снижение температурного уровня в топке и соответственно уменьшение образования окислов азота.

Вторым  методом подавления образования  окислов азота в топке является рециркуляция дымовых газов в  топочную камеру. В этом случае дымовые газы при температуре 300 - 400ºС забираются из конвективной шахты котла и подаются в топочную камеру. Ввод газов в топочную камеру может осуществляться через шлицы под горелками, через кольцевой канал вокруг горелок или путем подмешивания газов в воздух перед горелками.

Как показали исследования, наиболее эффективным  оказался последний способ, при котором  происходит наибольшее снижение температуры  в ядре факела. Подмешивая до 20 – 25% дымовых газов, удается снизить  содержание окислов азота на 40 – 50%. Рециркуляция газа, наряду с уменьшением температуры горения, приводит к снижению концентрации кислорода, т. е. уменьшению скорости горения, растягиванию зоны горения и более эффективному охлаждению этой зоны топочными экранами.

Подача  воды и пара в зону горения также приводит к снижению образования окислов азота. Ввод воды или водяного пара в количестве 5 – 10% всего количества воздуха снижает температурный уровень в топке, так же как и при вводе рециркулирующего газа.

Снижение  температуры подогрева и уменьшение избытка воздуха в топке тоже несколько уменьшает образование окислов азота как за счет снижения температурного уровня в топке, так и за счет уменьшения концентрации свободного кислорода.

Перечисленные способы при комплексном их использовании  могут существенно снизить образование окислов азота в топке.  

 

12 Практическая часть

Котельная потребляет Подмосковный уголь марки Б2Р, в объеме 192 тон в год. Мощность котельной составляет 200 кВт. В котле применен шахтный тип топки. Твердые частиц, неулавливаются в золоуловители, доля оксидов серы 0. Номинальная и фактическая мощность котла равняется . Диаметр трубы 0,5 м, высота 31 м.

Дано: ; q₃=2; q₄=2; ά=1,4.

Расчет  выбросов ЗВ в атмосферу.

Твердые частицы. Расчет выбросов твердых частиц летучей  золы и недогоревшего топлива (т/год, г/с), выбрасываются в атмосферу  с дымовыми газами котлоагрегата  в единицу времени при сжигании твердого топлива и мазута, выполняется  по формуле:

где В — расход топлива, т/год, г/с;

— зольность топлива, %;

- доля твердых частиц, улавливаемых  в золоуловителях;

 

- доля золы топлива в уносе, %

- содержание горючего в уносе, %.

Оксиды серы. Расчет выбросов оксидов серы в пересчете  на SO₂ (т/год, г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегатов в единицу времени, выполняется по формуле

 

где В – расход натурального твердого и жидкого (т/год, т/ч, г/с) и газообразного (тыс.м³/год, тыс.м³/л, л/с) топлива;

- содержание серы в топливе  в рабочем состоянии, %;

доля оксидов серы, связанных летучей золой топлива;

доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе.

Оксид углерода. Расчет выбросов оксида углерода в  единицу времени (т/год, г/с) выполняется  по формуле

где  В —  расход топлива, т/год, г/с, л/с;

С_СО – выход оксида углерода при сжигании топлива (кг/т, кг/тыс.м² топлива) – рассчитывается по формуле:

где q₃ – потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, %;

R – коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива.

  низшая теплота сгорания топлива в рабочем состоянии (МДж/кг, МДж/м³).

Q₄ – потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива, %.

Оксиды азота. Количество оксидов азота (в пересчете  на NO₂), выбрасываемых в единицу времени (т/год, г/с), рассчитывается по формуле:

где В – расход натурального топлива за рассматриваемый период времени (т/год, тыс.м³/год, г/с, л/с);