9655

132

ненные с каплеуловителями. Труба Вентури приведена на рис. 3.41, а характеристики представлены в табл. 3.10.

Рис. 3.41. Конструкции трубы Вентури: 1 – конфузор; 2 – горловина; 3 – диффузор; α1 – угол сужения конфузора; α2 – угол расширения диффузора; D – диаметр горловины

Скорость потока начинает расти в конфузоре и достигает в горловине (40-150)м/с, куда поступает промывочная жидкость. Диспергируясь, жидкость вместе с потоком поступает в диффузор. Однако приобретенная каплями скорость жидкости оказывается существенно меньшей скорости потока и частиц. Процесс осаждения пыли на каплях становится сходным с процессом осаждения в зернистом фильтре с подвижной насадкой. Из диффузора газовый поток выносит капли жидкости с осевшими на них частицами пыли в каплеуловитель (рис. 3.42), где происходит сепарация взвешенных частиц.

По величине гидродинамического сопротивления труб Вентури различают низконапорные и высоконапорные. Низконапорные с сопротивлением распылителя до 5 кПа применяются для улавливания пыли с размерами более 20 мкм. Скрубберы с высоконапорными трубами Вентури могут осаждать частицы размером 0,5 мкм и выше. Оптимальные геометрические характеристики труб Вентури следующие: угол сужения конфузора α1 = 15°-28°; длина горловины l = 0,15 D; угол раскрытия диффузора α2 = 6° - 8°.

Для использования в промышленности разработан типоразмерный ряд высоконапорных скрубберов Вентури ГВПВ. В качестве каплеуловителей для них используются малогабаритные прямоточные циклоны. Аппараты предназначены для очистки газов с температурой до 400°С и начальной запыленностью до 30 г/м3; в жидкости, подаваемой на орошение,запыленность не должна превышать 500 мг/л. При эксплуатации труба Вентури может быть установлена в любом положении (вертикально, наклонно).

134

Примечание: При более высокой концентрации жидкости в газе избыточную влагу необходимо предварительно улавливать в специальных устройствах.

Радиационно-химические методы очистки дымовых газов

Кроме того, в последние годы в Японии, США и России проводятся исследования радиационно-химических методов очистки дымовых газов. Эти методы основаны на получении в очищаемом газе небольшого количества активных компонентов (атомов и радикалов), которые образуются при воздействии радиационного излучения. В наибольшей степени подготовлен к промышленному внедрению метод радиационной обработки очищаемого газа электронным пучком. Этот метод позволяет очищать дымовые газы одновременно от оксида азота и сернистого ангидрида.

При прохождении быстрых электронов через газ, содержащий азот, кислород и водяные пары, образуются продукты радиолиза, которые после завершения процесса нейтрализации образовавшихся ионов содержат атомы азота в основном и возбужденном состоянии, а также радикалы ОН, НО2 и атомы О. Именно эти компоненты приводят к окислению NО до NО2, который, в свою очередь, реагирует с ОН, в результате чего образуется HNO3. При радиолизе СО2, количество которого в дымовых газах достаточно велико, образуются молекулы СО, которые также увеличивают степень разрушения молекул NО [25].

3.3. Комплексные схемы очистки выбросов токсичных веществ в атмосферу

Комплексными являются схемы, в которых используется комплекс мероприятий, направленный на снижение различных токсичных веществ или одного вещества, но разными способами.

Комплексные схемы разбиты на отдельные блоки, различающиеся

135

набором экозащитного оборудования и его элементов в зависимости от конструкции, срока службы котельного оборудования и требуемой степени очистки выбрасываемых в атмосферу продуктов сгорания.

Комплексные схемы предложены автором на основе представленных ранее методов очистки продуктов сгорания.

3.3.1. Комплексная схема (№1) очистки выбросов котлов от оксидов азота и продуктов неполного сгорания

В основу схемы №1 положен наиболее простой метод одновременной очистки выбросов от NOX и продуктов неполного сгорания (СО,сажи,БП), не требующий значительной реконструкции топочных устройств [41].

Метод основан на проведении топочного процесса в условиях подавления образования NOХ c последующим дожиганием образовавшихся продуктов неполного сгорания в специальных дожигательных устройствах. Данная схема (рис. 3.43) состоит из двух блоков (1,2)

Рис. 3.43. Комплексная схема очистки продуктов сгорания (дожигание, рециркуляция): 1- котел типа ДКВР; 2 – экономайзер; 3 – дымосос; 4 – дутьевой вентилятор; 5 – дымовая труба; 6 – дожигательное устройство; 7 – газоход рециркуляции; 8 – шибер; 9 – шахта воздухозаборная; 10 – горелка; ВД – воздух дутьевой; ПC– продукты сгорания; Р – газоход рециркуляции газов в топку котла

1 – ый блок предназначен для снижения оксидов азота технологическими методами, то есть путем организации процессов горения по способам подавления образования NOХ [24, 25]. Эти методы позволяют за счет незначительной реконструкции газо-воздушного тракта достигнуть (30-50)%

136

очистки выбрасываемых дымовых газов от оксидов азота. В 1– ом блоке может быть использовано 3 вида технологических методов, отдельно или в совокупности:

−cтупенчатое сжигание (блок 1а);

−подача воды в топочную камеру (блок 1б);

−рециркуляция продуктов сгорания в топочную камеру (блок 1в). Тормозит использование технологических методов тот факт, что все они

основаны на снижении топочных температур и коэффициента избытка окислителя, т.е. потенциально способствуют образованию и выбросу продуктов неполного сгорания, в том числе канцерогенного бенз(а)пирена.

Это подтверждено нормативной методикой по расчету выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, согласно которой содержание бенз(а)пирена в продуктах сгорания увеличивается в 1,8 раза при рециркуляции и в 2,4 раза при ступенчатом сжигании. Кроме того, снижается КПД котлов, а, следовательно, увеличивается расход топлива.

Эти недостатки устраняются путем применения блока 2, включающего дожигательное устройство (ДУ), предлагаемое автором [41] для устранения выброса продуктов неполного сгорания и углубления степени очистки от оксидов азота (конструкцию ДУ см. раздел 3.2.2).

3.3.2. Комплексные схемы (№2, №3) глубокой очистки продуктов сгорания от оксидов азота с дожиганием

Для глубокого снижения выброса оксидов азота предлагается сочетание технологических методов снижения токсичных оксидов азота и методов

восстановления (высокотемпературного или каталитического) оксидов азота

с дожиганием.

Комплексная схема №2 глубокой очистки от оксидов азота

(высокотемпературное восстановление) и продуктов неполного сгорания

Схема гомогенного восстановления оксидов азота аммиаком применительно к энергетическим котлам представлена на рис. 3.25.

137

Данная комплексная схема разработана под руководством автора на основе патента RU 2293254 С2 «Способ очистки продуктов сгорания газообразного топлива от токсичных веществ» (опубликован 10.02.2007) применительно к промышленным котлам с учетом их особенностей, в частности малого объема топочной камеры

Комплексная схема состоит из 4 блоков: блок 1а – ступенчатое сжигание; блок 2 – дожигательное устройство; блок 3 – комплекс устройств по приготовлению аммиака (рис. 3.44) и вводу аммиака в высокотемпературную часть топочной камеры (дожигательное устройство)

В качестве газа-восстановителя в этом процессе используется аммиак, который действует селективно (избирательно). Поэтому этот процесс еще называют селективным некаталитическим восстановлением (процесс СНКВ). Процесс восстановления протекает при температуре (930-9700)°С.

Рис. 3.44. Комплексная схема очистки продуктов сгорания природного газа от оксидов азота

ипродуктов неполного сгорания 1 – котёл; 2 – водяной экономайзер; 3 – дымосос; 4 – дымовая труба; 5 – воздухозаборная

шахта; 6 – дутьевой вентилятор; 7 – горелка; 8 – оборудование для приготовления пароаммиачной смеси; 9 – дожигательное устройство

138

Комплексная схема №3 глубокой очистки от оксидов азота (каталитическое восстановление) и продуктов неполного сгорания

Данная комплексная схема состоит из 4 блоков: блок 1в – рециркуляция продуктов сгорания; блок 2 – дожигательное устройство; блок 3 – комплекс устройств по приготовлению аммиака (рис. 3.26) и вводу аммиака в газоход перед каталитическим реактором; блок 4 – каталитический реактор.

Рис. 3.45. Комплексная схема глубокой очистки от оксидов азота 1 – котёл; 2 – водяной экономайзер; 3 – реактор каталитический (восстановительный

катализатор); 4 – дымосос; 5 – дымовая труба; 6 – шахта воздухозаборная; 7 – дутьевой вентилятор; 8 – шибер; 9 – оборудование для приготовления и подачи аммиака; 10 – дожигательное устройство

3.3.3. Комплексные схемы (№4, №5) глубокой очистки продуктов сгорания от оксидов азота и серы

Комплексные схемы глубокой очистки продуктов сгорания от оксидов азота и серы можно разделить на окислительно-абсорбционные и хемосорбционные.

Комплексная схема №4 глубокой очистки продуктов сгорания от оксидов азота и серы с использованием озонирования и физической сорбции

Комплексная окислительно-сорбционня схема №4 (рис. 3.46) включает

блок окисления (блок 5) и блок физической абсорбции (блок 6).

140

оксиды азота и серы (SО3, N2O5), хорошо растворимые в воде, улавливаются орошающей жидкостью и превращаются в капли серной и азотной кислот.

По достижении определенных концентраций раствор этих кислот нейтрализуется аммиаком и в результате получаются сульфат аммония и аммиачная селитра, которые широко используются в качестве удобрения

Достигаемая степеньочистки продуктов сгорания от NО - 90%, от SО2 - 80%.

Комплексная схема №5 глубокой очистки продуктов сгорания от оксидов азота и серы с использованием озонирования и хемосорбции

Схема состоит из блока приготовления абсорбента (блок 7) и скруббера (блок 6). В качестве абсорбента используются как правило растворы щелочей, а также можно применять любые из представленных в разделе 3.2.3).

При химической абсорбции молекулы абсорбента вступают в химическую реакцию с молекулами удаляемых веществ, образуя новое химическое соединение. В данной схеме рис. 3.42 в качестве абсорбента использовано известковое молоко (приготовление и подачу в абсорбер см. рис. 3.33).