Лекция №6 Подавление образования твердых частиц, оксидов углерода, оксидов серы и оксидов азота План

6.1. Подавление образования твердых частиц и оксидов углерода

6.2. Подавление образования оксидов серы

6.3. Подавление образования оксидов азота

6.1. Подавление образования твердых частиц

Как отмечалось раньше к твердым частицам относятся зола и сажа. Подавить образование золы, выделяющейся при сжигании твердого топлива, невозможно. Единственный путь это очистка продуктов сгорания от золы.

Сажа выделяется при сжигании жидкого топлива. Подавить ее образование возможно созданием гомогенной топливовоздушной смеси. Гомогенность смеси обеспечивается за счет высокоэффективного распыливания жидкого топлива. Оно может быть обеспечено:

- применением современных форсунок (механических, паромеханических, ротационных, акустических);

- предварительной подготовкой топлива (высокотемпературным подогревом и созданием водотопливных эмульсий).

Высокотемпературный подогрев жидкого топлива (мазута) позволяет: во-первых снизить его вязкость, что позволяет улучшить процесс распыливания топлива, во- вторых - увеличить долю топлива, сжигаемого в паровой фазе.

Применение тонкодисперсных водотопливных эмульсий (оптимальное содержание воды ~ 11 %) улучшает распыливание топлива за счет вторичного дробления капли мазута, вызванного микровзрывом испаряющей внутри капли воды. Кроме того, испарившаяся вода в зоне высоких температур диссоциирует на атом водорода и ион гидроксила, который ускоряет процесс выгорания как паровой фазы, так и коксового остатка, образующегося при горении капли мазута.

Оксид углерода является промежуточным продуктом горения любого углерод содержащего топлива. Снизить его образование невозможно, но уменьшить содержание его в продуктах сгорания можно путем создания гомогенных топливовоздушных смесей и вводом воды или во­дяного пара в зону горения.

На снижение концентрации в продуктах сгорания других компонентов неполного сгорания топлива (формальдегида, ПАУ, ГАУ и др.) влияют также выше перечисленные факторы.

Следует отметить, что выше сказанное относится к топливовоздушным смесям с > 1. Кроме того имеется ввиду, что факел в топке топливоиспользующего агрегата развивается свободно, т.е. нет контакта с

поверхностями нагрева и с потоками холодного воздуха.

Создание гомогенных топливовоздушных смесей чрезвычайно затруднено ввиду непродолжительности процесса смешения топлива с воздухом. В основном этот процесс интенсифицируется путем турбулизации как потока воздуха, так и топливовоздушной смеси. Наиболее сложно создавать гомогенные топливовоздушные смеси при сжигании твердого топлива. Единственный путь - это предварительное размельчение топлива до тонкодисперсной пыли и сжигание его в пылевоздушном факеле.

6.2. Подавление образования оксидов серы

Так как кислород, входящий в состав воздуха, подаваемого на горение, в первую очередь вступает в реакции горения водорода и углерода, то основным способом подавления образования оксидов серы является сжигание топлива с малыми избытками воздуха. Этот способ приводит не только к снижению выброса оксидов серы, но и оксидов азота. Однако, в большинстве случаев, когда горелочное устройство не создает гомогенной топливовоздушной смеси, в продуктах сгорания содержится значительное количество оксида углерода, ПАУ, ГАУ и других компонентов химического недожога.

Одним из путей снижения образования оксидов серы является предварительная очистка топлива от серусодержащих компонентов.

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

При переработке нефти на нефтеперерабатывающих заводах в легкие фракции переходит небольшое количество серы, а подавляющая часть сернистых соединений (70...90 %) концентрируется в высококи­пящих фракциях и остаточных продуктах, входящих в состав мазута.

Удаление серы из нефтяных топлив можно осуществлять гидроочисткой. При этом происходит взаимодействие водорода с сероорганическими соединениями и образуется сероводород, который затем улав­ливается и может быть использован для получения серы и ее соединений. Процесс протекает при температуре 300...450 ^оС и давлении до 10 МПа в присутствии катализаторов - оксидов молибдена, кобальта и никеля.

Гидроочистка легких фракций в настоящее время достаточно хорошо разработана и экономически эффективна. Процесс гидроочистки остаточных

нефтепродуктов осложнен тем, что присутствующие в них металлоорганические соединения отравляют дорогостоящие катализаторы, что требует их частой замены. К тому же при очистке остаточных продуктов резко возрастает расход водорода. Количество водорода, получаемого как побочный продукт при нефтепереработке, становится недостаточным, и возникает необходимость в сооружении специальных дорогостоящих установок для его генерации.

Снижение серы в котельном топливе с 2,5 до 0,5 % приводит к удвоению его стоимости.

Удаление серы из твердого топлива возможно в результате простейшего обогащения угля. В результате обогащения можно удалить только колчеданную серу. При этом используется разность плотностей серного колчедана (5 т/м³) и основной массы угля (2 т/м). Отделение колчедана дает ощутимый эффект, если колчеданная сера составляет значительную часть общей серы и вкрапления колчедана достаточно крупны.

Для отделения от угля колчеданной и органической серы может использоваться гидротермическое обессеривание углей, заключающееся в обработке измельченного топлива в автоклавах при давлении 1,75 МПа и температуре около 300 ^оС щелочными растворами, содержащими гидроксиды натрия и калия. При этом получается уголь с весьма малым содержание серы, который отделяется от жидкости центрифугированием и затем сушится. Жидкость, содержащая сульфиды натрия и калия, регенерируется в результате обработки углекислотой, а из по­лучившегося при этом сероводорода извлекается элементарная сера.

Связывание серы возможно также при сжигании топлива в кипящем слое частиц размолотого известняка в которые погружены для интенсивного охлаждения поверхности нагрева котла. При температуре около 900 ^оС происходит диссоциацияCaCO₃наCO₂иCaO. В реакцию с серой вступаетCaO, образуя в конечном итогеCaSO₄- сульфат кальция. Очистка топлива от серы при этом может достигать около 90 %.

Часть кипящего слоя, поглотившего серу топлива, подается пневмотранспортом на регенерацию.

Подобный способ сжигания может использоваться для твердого, жидкого и газообразного топлив.

Наряду с определенными преимуществами этот способ имеет существенные недостатки, препятствующие его широкому распространению. Для его реализации требуется создание:

- принципиально новых конструкций котлов;

- установок для приготовления фракций известняка;

- установок по регенерации сернистых соединений кальция;

- установок по улавливанию твердых частиц, уносимых из кипящего слоя;

• установок пневмотранспорта абразивных материалов.