11012

Рис.2.61. Рециркуляция продуктов сгорания в энергетических котлах: 1 - воздухозаборная шахта; 2 – дутьевой вентилятор; 3 – топочная камера; 4 – дымосос; 5 – дымовая труба; 6 – дымосос рециркуляции; р – линия рециркуляции продуктов сгорания

Преимущество первой схемы в том, что отбор газов на рециркуляцию при помощи специального рециркуляционного дымососа позволяет регулировать расход отбираемых газов. Недостаток – затраты на установку и эксплуатацию дымососа.

Преимущество второй схемы в том, что отпадает необходимость в установке специального дымососа (газы поступают в топочную камеру за счет остаточного напора основного дымососа). Недостаток этой схемы – запаса в напоре основного дымососа, как правило, недостаточно для отбора оптимального расхода газов. В этом случае степень снижения оксидов азота уменьшается до (40-30)% и менее.

В промышленных котлах используется преимущественно вторая схема, (см. рис.2.62, точка II), т.е. отбор газов на рециркуляцию осуществляется из напорной части газового тракта. При этом дымосос и вентилятор устанавливаются в непосредственной близости друг от друга с целью снижения аэродинамического сопротивления газохода рециркуляции. Это позволяет осуществить отбор оптимального расхода возвращаемых в топку продуктов сгорания и способствует снижению уровня образования оксидов азота в промышленных котлах до 50% при условии установки специальных дожигательных устройств (подробно [8]).

Рис.2.62. Рециркуляция продуктов сгорания в промышленных котлах: 1 – воздухозаборная шахта; 2 – дутьевой вентилятор; 3 – топочная камера; 4 – дымосос; 5 – дымовая труба; 6 – шибер; в – воздух; р - газы рециркуляции

71

Применение специальных газогорелочных устройств с пониженным образованием оксидов азота

Конструкция газогорелочных устройств также оказывает влияние на выход окси-

дов азота за счет изменения геометрических размеров факела, максимальной температуры пламени, времени пребывания газов в зоне высоких температур и других факторов.

Топливосжигающие устройства, разработанные ранее без учета экологических характеристик, отличаются, как правило, повышенным выходом оксидов азота. Это обусловлено тем, что газогорелочные устройства разрабатывались с позиции обеспечения максимальной полноты сгорания топлив. Они конструировались таким образом, чтобы факел был компактным, ядро факела концентрировалось вблизи устья горелочного устройства. Таким образом достигались максимально возможные температуры в факеле и полнота сгорания топлива осуществлялась при минимальном избытке воздуха.

Анализ механизма синтеза оксидов азота показывает, что именно эти условия (высокие температуры, локализация факела, минимальный избыток воздуха) способствуют их максимальному образованию [8,16,17]. В конечном итоге такое сжигание топлива и привело к высоким фоновым концентрациям оксидов азота в крупных промышленных центрах.

При разработке новых горелочных устройств используются те же методы подавления образования оксидов азота, которые были изложены выше: рециркуляция продуктов сгорания, ступенчатое сжигание, снижение коэффициента избытка воздуха.

Рассмотрим особенности конструктивного решения горелок с пониженным образованием оксидов азота:

- горелки со ступенчатой подачей воздуха для получения растянутого факела (см. рис.2.16); в этой горелке за счет ступенчатой подачи окислителя увеличивается длина факела, возрастает его поверхность и, как следствие, теплоотдача от факела, что приводит к снижению его температуры, затрудняет образование оксидов азота.

Рис.2.63. Горелка со ступенчатой подачей воздуха

- микрофакельные горелки; наличие множества малых факелов способствует их быстрому охлаждению и, как следствие, пониженному образованию оксидов азота;

72

- горелки с рециркуляцией продуктов сгорания к устью факела. Конструкция горелки выполнена так, что факел растягивается в ширину за счет рециркуляции части продуктов сгорания к устью факела. Выход оксидов азота снижается за счет балластировки зоны горения рециркулирующими газами и снижения максимальной температуры факела.

Возможность режимных технологических способов подавления образования NОХ ограничена условиями поддержания теплового КПД установок и режима эксплуатации агрегата, а в некоторых случаях и недостаточной степенью снижения содержания оксидов азота в уходящих газах. Для получения высокой степени очистки технологические методы целесообразно применять в комплексных схемах в сочетании с экозащитным оборудованием.

Технологические методы снижения выброса сернистых соединений

Крупным источником загрязнения воздушного бассейна являются продукты сгорания органического топлива, содержащего серу в рабочей массе топлива. Суммарный выброс сернистых соединений (SO2, SO3 и H2SO4) с продуктами сгорания определяется содержанием серы в рабочей массе топлива и, следовательно, не может быть снижен изменением режимов горения.

К технологическим методам снижения выбросов SO2, SO3 и H2SO4 можно отнести способы снижения содержания серы в топливе, либо сжигание серосодержащего топлива в топочной камере в условиях связывания сернистых соединений [8,11,21].

Классификация существующих технологических методов:

1.Твёрдое топливо: обогащение твердого топлива; гидротермическое обессеривание; газификация; сжигание с подачей в слой известняка.

2.Жидкое топливо: очистка от серы на нефтеперерабатывающих заводах; газификация мазута перед сжиганием на ТЭЦ; связывание в топочной камере специальными добавками; сжигание в слое известняка.

Удаление серы из твердого топлива

Сера в твердом топливе содержится в 3-х формах: колчеданной (в виде железного колчедана (FeS), органической (в виде сероорганических соединений) и сульфатной (сернокислые соли – сульфаты Са SО4, Nа2SО4).

Простейшее обогащение угля – удаление колчеданной серы сепарацией.

В этом методе используется разница в плотности угля и колчеданной серы (ρFeS=5

т/м3, ρугля=2 т/м3). Этим способом удаляется свыше 30% серы.

Для отделения колчеданной и органической серы используется метод гидротермического обессеривания. В этом случае измельченное топливо обрабатывается в автоклавах при температуре 300° С и давлении 1,7 МПа щелочными растворами КОН, NаОН.

Снижение серы в твердом топливе можно осуществить методом газификации или пиролиза твёрдого топлива. Основное количество серы окажется связанным в коксовом остатке.

Следующий метод снижения выброса сернистых соединений - это сжигание твёрдого топлива с подачей в слой известняка. При загрузке твёрдого топлива вместе с топливом подается дозированное количество известняка.

Для более эффективного связывания сернистых соединений твёрдое топливо

73

лучше сжигать в кипящем слое частиц размолотого известняка, в которые погружены поверхности нагрева котла с целью интенсивного охлаждения слоя.

При температуре около 900°C происходит диссоциация CaCO3:

Оксид кальция вступает в реакцию с серой, образуя в окислительной зоне CaSO4 – сульфат кальция, а в восстановительной – сульфид кальция.

Очистка топлива от серы при этом может составлять около 90%.

Рис. 2.64. Подача известняка в слой твёрдого топлива:

1 – котёл; 2 – экономайзер; 3 – бункер топлива; 4 – бункер известняка; 5 – пневмомеханический забрасыватель твердого топлива

Наряду с определенными преимуществами этот способ имеет существенные недостатки, связанные с дополнительной организацией установок для приготовления фракций известняка, созданием установок по регенерации сернистых соединений кальция и улавливанием твёрдых частиц.

Удаление серы на нефтеперерабатывающих заводах

Сера содержится в нефти в основном в виде сложных полигетероциклических соединений. Эти соединения химически малоактивны и обладают высокой термостабильностью, в связи с чем их трудно разрушить воздействием кислот или щелочей.

Поэтому для выделения серы из топлива до сжигания, это топливо либо подвергается воздействию высоких температур, либо этот процесс сочетается с воздействием химических веществ.

Удаление серы из нефтяных топлив можно осуществить гидроочисткой, газификацией и пиролизом. Эти процессы подробно описаны в [11].

Сжигание мазута в кипящем слое известняка

Способ сжигания топлива в кипящем слое известняка с целью связывания серни-

74

стых соединений уже был рассмотрен применительно к твёрдому топливу. Аналогичные реакции будут проходить и при сжигании мазута, подаваемого мазутной форсункой в слой известняка.

На рис.2.18 условно представлен циркуляционный контур котла, погружённый в слой известняка. Мазут подаётся в верхнюю зону топочной камеры, а воздух под распределительную решётку. Горение происходит

в кипящем слое известняка, что позволяет улучшить контакт известняка с топливом и как следствие улучшить процесс связывания сернистых соединений. Часть слоя известняка периодически подаётся на регенерацию.

Рис. 2.65. Схема сжигания мазута в кипящем слое СаСО3

Занятие №5

Семинар-дискуссия

Схемы очистки выбросов топливосжигающего оборудования от токсичных веществ

Впроцессе дискуссии проводится обсуждение методов очистки продуктов сгорания органического топлива, и анализируются схемы очистки выбросов топливосжигающего оборудования, представленные в [12].

Студенты выполняют на классной доске схемы очистки продуктов сгорания применительно к промышленным котлам и котлам ТЭЦ. Сопоставляется степень снижения выбросов токсичных веществ, получаемая при использовании каждой из представленных схем.

Впроцессе дискуссии студенты должны дать ответы на следующие вопросы

1.Назовите особенности каталитического метода обезвреживания выбросов и характеристики катализаторов окисления и восстановительных катализаторов.

2.Охарактеризуйте условия, необходимые для эффективной очистки выбросов дожиганием в топочной камере. Сопоставьте способы подачи обезвреживаемых выбросов в топочную камеру.

3.Обезвреживание выбросов дожиганием в автономной топке. Приведите основы расчета автономной топки и охарактеризуйте этапы расчета.

75

4.Огневое обезвреживание выбросов в топках существующих котлов и печей. Назовите условия, при которых промышленные выбросы можно подать на обезвреживание в топки котлов.

5.Приведите схему обезвреживания технологических выбросов в топках существующих котлов и печей. Оцените изменения в работе топливосжигающего оборудования при подаче выбросов с топочную камеру с целью обезвреживания.

6.Приведите адсорбционные схемы очистки продуктов сгорания органических топлив. Какие адсорбенты Вы знаете? Свойства и сравнительная характеристика адсорбентов.

7.Что такое абсорбция и хемосорбция? Как использовать эти процессы для очистки продуктов сгорания от оксидов азота? Приведите и схемы очистки.

8.Как осуществляются сорбционные методы очистки продуктов сгорания от оксидов серы? Приведите реакции и схемы очистки.

Занятие №7

Семинар-дискуссия

Природоохранное оборудование для защиты от вредных выбросов топливосжигающего оборудования. Основы расчета

В процессе дискуссии проводится обсуждение различных видов экозащитного оборудования в предложенных схемах очистки продуктов сгорания органического топлива. Анализируются преимущества и недостатки природоохранного оборудования, представленного кратко в лекционном материале и подробно в информации к лекционному материалу (стр. 21-54 - настоящего пособия).

Студенты выполняют на классной доске схемы очистки продуктов сгорания применительно к промышленным котлам и котлам ТЭЦ. Сопоставляется степень снижения выбросов токсичных веществ, получаемая при использовании каждой из представленных схем. Рассматриваются основы расчета природоохранного оборудования, приведенные в

[31,32].

Впроцессе дискуссии студенты должны дать ответы на следующие вопросы

1.Дожигательные устройства. Анализ работы дожигательных устройств. Каковы преимущества работы котлов, оснащенных дожигательными устройствами?

2.Приведите схемы каталитических реакторов. Каковы преимущества и недостатки каталитических реакторов различных конструкций?

3.Приведите классификацию пылезолоулавливающих аппаратов.

4.Какие конструкции пылезолоулавливающих аппаратов для сухой очистки от твердых частиц Вы знаете? Каковы преимущества, недостатки и область применения этих аппаратов?

5.Какие конструкции пылезолоулавливающих аппаратов для мокрой очистки от твердых частиц Вы знаете? Каковы преимущества, недостатки и область применения этих аппаратов?

6.Каким оборудованием оснащены комплексные схемы очистки продуктов сгорания от твердых частиц?

76

4. Методические рекомендации по выполнению самостоятельной

работы

4.1. Общие рекомендации для проведения самостоятельной работы

Самостоятельная работа студентов является основным способом овладения учебным материалом в свободное от обязательных учебных занятий время.

Целями самостоятельной работы студентов являются: систематизация и закрепление полученных теоретических знаний и практических умений студентов; углубление и расширение теоретических знаний; формирование умений использовать нормативную, справочную документацию и специальную литературу; развитие познавательных способностей и активности студентов; формирование самостоятельности мышления, способностей к саморазвитию, самосовершенствованию и самореализации.

В соответствии рабочей программой, самостоятельная работа по данной дисциплине составляет 171 час и проводится в следующих направлениях:

-изучение курса лекций;

-подготовка к семинарским занятиям по предложенным темам;

-подготовка к практическим занятиям;

-выполнение индивидуальных заданий по практическим занятиям;

-выполнение курсовой работы;

-подготовка к промежуточной аттестации

Для успешного решения поставленных задач студентам предлагается список литературных источников, приведенный на стр.83-84 данного пособия. Кроме того, студент может использовать собственный поиск через систематический каталог в библиотеке, просмотр специальных периодических изданий по рассматриваемым темам и анализировать материалы, размещенные в сети Интернет. При этом следует учитывать, что учебники и учебные пособия предназначены студентов и магистрантов, а монографии и статьи ориентированы на исследователя.

4.2 Темы для на самостоятельного изучения

Студенты самостоятельно готовятся к лекционным и семинарским занятиям в соответствии с рассмотренными ранее темами лекций (см. раздел 2) и темами семинаровдискуссий (см раздел 3).

4.3.Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы

1.Лебедева, Е.А.. Охрана воздушного бассейна от вредных технологических и вентиляционных выбросов: учебное пособие.- Н.Новгород, ННГАСУ, 2010 -196с.

2.Лебедева, Е.А., Гордеев. А.В.Проектирование, наладка и эксплуатация комплексных природоохранных систем: Учебное пособие - Н.Новгород. ННГАСУ, 2007.- 86 с.

3.Лебедева, Е.А., Гордеев А.В. Экозащитная техника: Учебное пособие. - Н.Новгород.

ННГАСУ, 2007.- 77с

4.Лебедева, Е.А., Гордеев А.В., Лощилова Е.В. Экологическая оценка выбросов котельной в атмосферу : учеб.-метод. пособие.- Н.Новгород, ННГАСУ-2015.- 56с.

5.Лебедева Е.А., Гордеев А.В. Определение допустимых сбросов котельной в водоемы : учеб.-метод. Пособие.- Н.Новгород, ННГАСУ, 2016.- 57с.

77

5. Методические указания по выполнению расчетно-графической работы

Расчетно-графическая работа выполняется в 3-ем семестре по заданию, выданному руководителем (см. Приложение 1).

Задачей расчетно-графической работы является разработка комплекса природоохранных мероприятий для систем ТГС промышленного предприятия..

Студентам предлагаются следующие примерные темы курсовой работы:

Разработка экозащитных технологий систем ТГС машиностроительного завода. Разработка экозащитных технологий систем ТГС металлургического завода. Разработка экозащитных технологий систем ТГС завода строительных материалов. Разработка экозащитных технологий компрессорной станции Разработка экозащитных технологий систем ТГС битумного производства. Разработка экозащитных технологий систем ТГС сушильного комбината

пользования пара). Выполняется подбор оборудования очистки (если оно необходимо). Графическая часть работы состоит из 1 листа формата А2. На листе выполняет-

ся схема газо-воздушного тракта источников загрязнения воздушного бассейна, включающая экозащитное оборудование, со спецификацией. Приводятся показатели качественного состава выбросов до и после очистки. В одной или двух проекциях выполняется принятое экозащитное оборудование (в порядке исключения может быть приведен общий вид экозащитного оборудования).

Выполняется схема очистки конденсата и производится выбор необходимого оборудования. Приводятся показатели качественного состава сбросов до и после очистки, (расхода стоков и массы загрязняющих веществ) после увеличения возврата конденсата в котельную.

78

6.Методические рекомендации по подготовке к

промежуточной аттестации

Перед сдачей экзамена студентам выдается список подготовительных вопросов, охватывающих весь спектр тем по курсу. Экзаменационный билет состоит из 2х вопросов.

Непосредственно перед экзаменом проводится консультация, на которой рассматриваются наиболее сложные темы, а преподаватель отвечает на вопросы студентов, возникшие в ходе подготовки к промежуточной аттестации.

Ниже представлен перечень вопросов, содержащихся в билетах к экзамену.

1.Приведите последовательность выполнения экологической оценки топливосжигающего оборудования расчетным методом.

2.Как определить расход выбросов, котельной установки, промышленной печи и газоперекачивающего агрегата?

3.От каких параметров топливосжигающего оборудования зависит масса выделяющихся при горении вредных веществ?

4.Что такое предельно допустимый выброс вредного вещества и как определяется величина ПДВ источника загрязнения?

5.Экологическая оценка систем теплогазоснабжения инструментальными методами. Приведите схему газовоздушного тракта котельного агрегата (промышленной печи, компрессорной установки) с указанием места отбора газовых проб, а также исследуемых параметров оборудования.

6.Приведите действующие методики газового анализа продуктов сгорания органического топлива. Назовите современные газоанализаторы. Принцип действия и диапазон измеряемых величин

7.Как проводится обработка результатов инструментальных измерений концентраций вредных веществ, содержащихся в продуктах сгорания органического топлива?

8.Построение графических зависимостей концентраций вредных веществ от параметров замеряемого оборудования по результатам экспериментальных исследований.

9. Охарактеризуйте основные источники сброса сточных вод промышленной котельной. Перечислите основные виды загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах промышленной котельной.

10.По каким лимитирующим показателям вредности нормируется ПДК вредных веществ в водотоках и водоемах? Приведите примеры.

11.По какой методике производится расчет расхода поверхностных стоков с территории промышленного предприятия?

12.Приведите способ определения расхода исходной воды на нужды водоподготовки паровой и водогрейной котельных. Каковы различия в загрязнителях, образующихся при использовании различных методов водоподготовки в котельной?

13.Приведите предельно-допустимые концентрации токсичных веществ, содержащихся

встоках водоподготовительной установки.

14.Приведите предельно-допустимые концентрации токсичных веществ, содержащихся

впродувочных водах паровых котлов.

15.Приведите обвязку натрий-катионитного фильтра и укажите стадии работы фильтра,

вкоторых выделяются загрязняющие вещества.

16.Каким образом определяется количество солей жесткости, удаляемое из натрийкатионитных фильтров при регенерации?

17.Приведите диаграмму гипотетического состава солей котловой воды и поясните необходимость ее использования при определении состава загрязнителей продувочной воды.

79

18.Как определить, является ли сброс вредных веществ от промышленной котельной допустимым?

19.Назовите особенности метода ступенчатого сжигания в промышленных котлах? Приведите схему. Сопоставьте этот метод снижения выброса оксидов азота с другими способами подавления образования NOх.

20.Каким образом действует ввод воды или водяного пара в топочную камеру котлов на синтез оксидов азота? Укажите преимущества и недостатки метода. Сопоставьте с другими методами подавления NОх в котлах.

21.Как влияет рециркуляция продуктов сгорания на снижение образования оксидов азота в топках котлов? Приведите схемы рециркуляции.

22.Приведите технологические методы снижения выброса сернистых соединений. Назовите способы снижения сернистых соединений при сжигании серосодержащих органических топлив в топочной камере.

23.Назовите особенности каталитического метода обезвреживания выбросов и характеристики катализаторов окисления и восстановительных катализаторов.

24.Приведите схемы каталитических реакторов. Каковы преимущества и недостатки каталитических реакторов различных конструкций?

25.Приведите адсорбционные схемы очистки продуктов сгорания органических топлив. Какие адсорбенты Вы знаете? Свойства и сравнительная характеристика адсорбентов.

26.Что такое абсорбция и хемосорбция? Как использовать эти процессы для очистки продуктов сгорания от оксидов азота? Приведите и схемы очистки.

27.Как осуществляются сорбционные методы очистки продуктов сгорания от оксидов серы? Приведите реакции и схемы очистки.

28.Комплексная схема очистки продуктов сгорания с глубокой утилизацией теплоты уходящих газов. Проанализируйте эффективность очистки по каждому токсичному веществу.

29.Комплексная схема снижения выбросов в атмосферу NOx, СО, сажи и бенз/а/пирена. Назовите область применения. Проанализируйте эффективность очистки по каждому токсичному веществу.

30.Комплексные схемы очистки продуктов сгорания от NOx и SOx. Назовите область применения. Проанализируйте эффективность очистки по каждому токсичному веществу.

31.Каким оборудованием оснащены комплексные схемы очистки продуктов сгорания от твердых частиц?

32.Охарактеризуйте условия, необходимые для эффективной очистки выбросов дожиганием в топочной камере. Сопоставьте способы подачи обезвреживаемых выбросов в топочную камеру.

33.Обезвреживание выбросов дожиганием в автономной топке. Приведите основы расчета автономной топки и охарактеризуйте этапы расчета.

34.Каким оборудованием оснащены комплексные схемы очистки продуктов сгорания от твердых частиц?

35.Охарактеризуйте условия, необходимые для эффективной очистки выбросов дожиганием в топочной камере. Сопоставьте способы подачи обезвреживаемых выбросов в топочную камеру.

36.Обезвреживание выбросов дожиганием в автономной топке. Приведите основы расчета автономной топки и охарактеризуйте этапы расчета.

37.Огневое обезвреживание выбросов в топках существующих котлов и печей. Назовите условия, при которых промышленные выбросы можно подать на обезвреживание в топки котлов.

80