Очистка вредных выбросов дымовых газов котельных

Марченко Я.      ЭМ-99

Очистка вредных выбросов дымовых газов котельных

Очистка дымовых газов  от золы

При проектировании новых  и реконструкции действующих  котельных установок должны быть предусмотрены мероприятия, обеспечивающие очистку дымовых газов от золы с тем, чтобы концентрация ее в  приземном слое атмосферного воздуха  не превышала заданной величины. Выбор  типа золоуловителей производится в  зависимости от требуемой степени  очистки, возможных компоновочных  решении, технико-экономического сравнения  вариантов установки золоуловителей различных типов. Степень очистки  дымовых газов от золы должна быть не менее 90%.

При повышенном требовании к  очистке выбросов в атмосферу  в качестве золоуловителей применяются: электрофильтры — со степенью очистки  газов 96%; мокрые золоуловители типа скруббера с трубой Вентури — со степенью очистки газов до 97–98%. Применение мокрых золоуловителей не допускается, если общее содержание окиси кальция в летучей золе более 20%, а произведение Aпр· (CaOCВ) меньше 6, из-за опасности образования карбонатных отложений в орошающих устройствах. Для топлив с СаОоб в летучей золе выше 20% применение мокрого золоулавливания исключается.

Газоходы перед и после  золоуловителей, их компоновкa должны обеспечивать равномерную раздачу дымовых газов по аппаратам при минимальном сопротивлении газового тракта и исключать отложения в них золы.

Сухие золоуловители при  улавливании золы, склонной к схватыванию  или налипанию на стенках, должны иметь теплоизоляцию, обеспечивающую температуру стенок бункеров не менее, чем на 15 ºС выше точки росы дымовых газов.

Мокрые золоуловители  могут применяться при температурах от 130 до 200°С. Температура дымовых  газов за мокрыми золоуловителями  при любых режимах работы котлов должна превышать температуру точки  росы газов по водяным парам не менее чем на 15°.

Электрофильтры могут  применяться для очистки дымовых  газов с температурой, превышающей  температуру точки росы на 5°С и до 250°С.

Температура и влагосодержание  дымовых газов, поступающих, в электрофильтры, должны обеспечивать возможность высокоэффективной  очистки газов от золы сжигаемого топлива с учетом ее электрофизических  свойств.

Одним из перспективных путей  снижения вредных веществ в атмосферу  с дымовыми газами от котельных, работающих на твердом топливе, является совмещение процессов сжигания топлива с  процессом улавливания серы и  понижения концентрации окислов  азота в одном устройстве. Таким  устройством является котлоагрегат с псевдоожиденным слоем, работающий при низких температурах до 900–950°С, именуемый топкой кипящего слоя. Важной особенностью указанного метода сжигания является то обстоятельство, что его можно использовать как в новом строительстве, так и при реконструкции действующих котельных. В топках кипящего слоя возможно сжигание низкокачественных углей.

Очистка от соединений серы

В связи с отсутствием  в настоящее время промышленного  опыта по очистке дымовых газов  котельных от окислов серы дать однозначные рекомендации не представляется возможным. Снизить выбросы соединений серы можно двумя путями: очисткой от соединений серы продуктов сгорания топлива или удалением серы из топлива до его сжигания.

К числу достоинств первого  способа следует отнести его  значительную эффективность (удаление до 90-95% серы) и универсальность его  применения для топлив всех видов, к  числу недостатков - высокие капитальные  вложения и эксплуатационные расходы. Наиболее перспективными в промышленном отношении являются известковый, аммиачно-циклический  и магнезитовый метод. После обработки  по известковому методу образуется шлам, состоящий из сульфита кальция, летучей  золы и не прореагировавших компонентов.

После обезвоживания шлам удаляется в отвал. Степень улавливания  серы до 90%. Отсутствие выхода товарной продукции и большое количество шлама - основной недостаток указанного способа, препятствующий даже применению его на ТЭЦ.

Значительные перспективы  имеет двухцикличный щелочной способ очистки газов от окислов серы. В основе этого метода лежит скрубберный процесс очистки дымовых газов осветленным слабым раствором солей натрия или аммиака с последующей обработкой известью или известняком. В результате образуется шлам, содержащий CaSО₃, идущий в отвал, и щелочной раствор, который используется для скрубберного процесса. Эффективность процесса составляет до 90-95%. Преимуществами способа являются умеренная стоимость, минимальная коррозия оборудования, недостатком - удаление большого количества шлама.

При магнезитовом методе (используется МО - магнезий) при поглощении SO₂ образуется сульфит магния MgSО3, который после обжига образует исходные продукты: МgО, который снова используется в процессе очистки, и SО2, который может быть переработан в твердую серную кислоту. Использование конечных продуктов является главном преимуществом данного метода.

За рубежом наибольшее распространение получили нециклические  методы поглощения окислов серы адсорбентами на основе известняка или извести - мокрый и сухой известняковый  и мокрый известковый методы и  метод распылительной адсорбции (мокро-сухой), которые позволяют очищать дымовые газы на 70-90%.

Подавление образования  окислов азота

Особенностью образования  окислов азота является малая  зависимость от вида и состава  топлива, но большая зависимость  от режима горения и организации  топочного процесса. Существенное влияние  на образование окислов азота  оказывает также концентрация кислорода, определяемая избытком воздуха в  топке.

В топочной камере образуется в основном окись азота. При перемешивании  дымовых газов с атмосферным  воздухом после выхода из дымовой  трубы происходит превращение окиси  азота в более токсичную двуокись азота. В расчетах условно принимается, что в дымовых газах содержится только двуокись азота.

Снижение выбросов окислов  азота должно решаться путем внедрения  специальных технологических мероприятий (первичные мероприятия), направленных на подавление образования окислов  азота в процессе сгорания топлива  в топках котлов и путем разложения образовавшихся окислов азота —  в специальных установках, встроенных в тракт котла (вторичные мероприятия) — очистка газов. Технологические  методы в 5–6 раз дешевле устройств  очистки газов и они могут  быть учтены непосредственно в конструкции  котла и не требуют химических добавок. Поэтому система очистки  газов (вторичные мероприятия) должна осуществляться только после выполнения на котле всех технологических мероприятий  по подавлению образования окислов  азота.

Основные технологические  мероприятия по подавлению образования  окислов азота в топках котлов:

1) уменьшение избытка воздуха  (L=1,02–1,03) топке до минимальной  величины при условии полного  сгорания топлива;

2) уменьшение температуры  подогрева воздуха, поступающего  в топку в пределах, допустимых  по условиям эффективного его  сжигания;

3) рециркуляция дымовых  газов в топку, при этом понижаются  температурный уровень и концентрация  кислорода в зоне горения. Наибольший  эффект снижения окислов азота  получается (по данным И. Я.  Сигала) при вводе дымовых газов  непосредственно в горелочные  устройства (подмешивая приблизительно 20% дымовых газов, удается снизить  концентрацию окислов азота на 40%);

4) двухстадийное сжигание топлива, когда в нижний пояс горелочных устройств подается все топливо и часть воздуха, необходимого для его сжигания (0,8–0,9 теоретически необходимого количества). При этом происходит частичная газификация топлива при пониженной температуре в ядре факела по сравнению с полным сжиганием. Далее в верхний пояс подается остальное количество воздуха для дожигания продуктов неполного сгорания;

5) ввод воды вместо пара  в мазутные форсунки в количестве 8–10% массы топлива позволяет  уменьшить концентрацию оксидов  азота на 20–30%.

Применение впрыска приводит к снижению к. п. д. котла с увеличением  расхода «сухого» топлива на 0,7%. Впрыск воды в зону горения следует  применять на котельных, расположенных  в городах и промышленных центрах  с высоким уровнем загрязнения  атмосферного воздуха, или на котельных, расположенных в курортных зонах  в периоды повышения концентраций вредных выбросов выше санитарных норм;

6) установка специальных  по конструкции горелочных устройств,  обеспечивающих пониженный выход  окислов азота;

7) повышенная степень экранирования.

К вторичным мероприятиям глубокой очистки дымовых газов  от окислов азота следует отнести  высокотемпературный гомогенный метод  и каталитический.

При высокотемпературном  гомогенном методе аммиак вводится в тракт дымовых газов с температурой 850–1100°С. Степень очистки газов от окислов азота данным методом составляет около 70%.

При каталитическом методе аммиак, разбавленный воздухом, вводится в  газоход котла перед каталитическим реактором, расположенным в зоне температур дымовых газов 350–450°С. Могут  использоваться катализаторы пластинчатой и сотовой формы с малым  аэродинамическим сопротивлением, пригодные  также для очистки запыленных газов. Но данный метод не нашел широкого применения в связи с тем, что  отечественная промышленность не выпускает  катализаторы с малым аэродинамическим сопротивлением, катализаторы дороги и требуют периодической регенерации.