Экологические проблемы развития промышленного производства (на примере Пинского ТЭЦ филиал РУП «Брестэнерго»)

При наладке процесса горения можно добиться существенного понижения температуры факела и, следовательно, снижения интенсивности образования окислов азота. Этого можно достичь путем растяжения процесса горения. Процесс выгорания топлива может быть организован интенсивно, в небольшой части топочного пространства. В этом случае температура факела будет очень высока. Но можно организовать постепенное выгорание топлива, равномерно по всему топочному объему, в этом случае температура факела будет существенно ниже и, следовательно, менее интенсивно будет идти процесс образования окислов азота.

Существуют конструкции горелок, где можно регулировать интенсивность закрутки воздуха путем изменения угла поворота направляющих лопаток горелки. При большом угле поворота завихрение пойдет более интенсивно. Выгорание топлива при этом происходит на сравнительно небольшом участке, температура факела высока, и, следовательно, велики выбросы окислов азота. При малом угле поворота направляющих лопаток завихрение воздуха в горелке будет невелико, процесс горения пойдет «вяло», что, с одной стороны, приведет к снижению выбросов окислов азота, с другой стороны, может привести к неполному сгоранию топлива и другим нежелательным последствиям. Оптимальный угол поворота направляющих лопаток горелок, как и оптимальное соотношение расходов топлива и воздуха, определяются только при наладке процесса горения, как правило, сразу за пуском котла после монтажа или ремонта.

Наладку процесса горения осуществляют специализированные наладочные организации. После наладки котельного агрегата выдается режимная карта, соблюдение требований которой обязательно для всего персонала, имеющего отношение к эксплуатации котельного агрегата.

2.Вторым способом снижения интенсивности образования окислов азота является рециркуляция дымовых газов в топочную камеру. Для организации рециркуляции, дымовые газы, как правило, после водяного экономайзера, при температуре 300-400°С, отбираются специальными рециркуляционными насосами и подаются в топочную камеру. За счет разбавления факела относительно холодными дымовыми газами температура в ядре факела снижается, так как большое количество тепла расходуется на нагревание газов рециркуляции. Из-за снижения температуры факела уменьшается и интенсивность образования окислов азота.

Большое значение имеет способ ввода газов в топочную камеру: через шлицы под горелками, через кольцевой канал вокруг горелок и подмешивание рециркуляционных газов в дутьевой воздух перед горелками. Экспериментальным путем установлено, что минимальный выброс окислов азота достигается при подмешивании дымовых газов в дутьевой воздух перед горелками, при этом в наибольшей степени происходит снижение температуры в ядре факела. Причем, чем больше доля рециркуляции, тем меньше образуется окислов азота. Подмешивая в дутьевой воздух до 20-25 % дымовых газов, удается снизить содержание окислов азота на 40-50 %.

Рециркуляция дымовых газов, наряду с уменьшением температуры горения, приводит к некоторому снижению концентрации кислорода, уменьшению скорости горения и растягиванию зоны горения. Дымовые газы рециркуляции играют роль балласта, не участвуя в горении, отбирают часть тепла у факела. При рециркуляции дымовых газов в топку, яркость факела уменьшается, это, в свою очередь, приводит к уменьшению доли лучистого теплообмена, топочные экраны отбирают у факела меньше тепла. Поскольку количество выделенного тепла при рециркуляции остается неизменным, дымовые газы выходят из топки с более высокой температурой. Это приводит к увеличению доли конвективного теплообмена, больше тепла воспринимают конвективные части пароперегревателей, экономайзер, воздухоподогреватель. Поэтому на котлах, имеющих вторичные пароперегреватели (промежуточный перегрев пара после ЦВД – перед ЦСД турбины), с помощью изменения доли рециркуляции дымовых газов регулируют температуру вторично перегретого пара. Чем больше доля рециркуляции, тем выше температура пара на выходе из промежуточного пароперегревателя.

Изменение расхода рециркуляционных газов осуществляется путем приоткрытия – призакрытия направляющих аппаратов на работающих дымососах рециркуляции газов (ДРГ), - специально установленных дымососах для перекачки дымовых газов. При этом изменяется производительность этих дымососов.

Следует иметь в виду, что, поскольку на нагрев относительно холодных газов рециркуляции дополнительно затрачивается тепло, коэффициент полезного действия котельного агрегата при рециркуляции снижается, причем, чем больше доля рециркуляции, тем ниже КПД котла. Следует также помнить, что организация рециркуляции связана с дополнительными затратами. Транспортировка запыленных газов с достаточно высокой температурой требует установки специальных дорогостоящих дымососов рециркуляции и связана с дополнительной затратой электроэнергии на собственные нужды. Это та цена, которую приходится платить за снижение выбросов окислов азота и возможность регулирования температуры пара промперегрева.

Поскольку рециркуляция дымовых газов оказывает влияние на температуру перегрева пара, она получила широкое применение именно для этих целей еще когда не было известно о влиянии рециркуляции на образование окислов азота. Таким образом можно использовать рециркуляцию, установленную для регулирования температуры пара, имеющуюся на ряде котлов, для целей снижения образования окислов азота в топочной камере.

3.Наиболее радикальным способом снижения образования окислов азота в топках котлов является многостадийное сжигание топлива. По этому методу в нижний ярус горелок (первичную зону горения) подается воздуха меньше, чем это теоретически необходимо для сжигания топлива ( = 0,8-0,95).

В первичной зоне происходит неполное сгорание топлива с частичной его газификацией при пониженной температуре. Во вторичную зону горения (верхние ярусы горелок) подается чистый воздух или обедненная топливом смесь для дожигания продуктов неполного сгорания топлива.

При таком способе сжигания топлива зона горения растягивается, что приводит к снижению температуры факела и, следовательно, к уменьшению образования окислов азота.

4.Подача воды и пара в зону горения приводит к некоторому снижению образования окислов азота. Подача воды и пара в зону горения обычно осуществляется через форсунки. Ввод воды или водяного пара в количестве 5-10 % всего количества воздуха несколько снижает температурный уровень в топке, как это имеет место и при вводе рециркулирующего газа.

Ввод воды или пара может несколько ухудшать процесс горения топлива в топочной камере.

Могут применяться и некоторые другие методы борьбы с образованием окислов азота в топках котлов. К ним относятся уменьшение избытка воздуха в топках, снижение температуры подогрева воздуха, применение горелок специальной конструкции, увеличение степени экранирования топочной камеры, увеличение габаритов топки.

Следует помнить, что практически все способы подавления образования окислов азота в топках котлов направлены на снижение температуры факела.

При сниженных коэффициентах избытка воздуха до 1,03-1,07 происходит уменьшение концентрации кислорода, процесс горения идет менее интенсивно и, следовательно, менее интенсивно идет процесс образования окислов азота. Это мероприятие возможно в ограниченных пределах и в основном только для природного газа и мазута, поскольку снижение избытка воздуха на твердом топливе приводит к увеличению механического недожога. Условиями работы с низким избытком воздуха являются точная дозировка топлива и воздуха в каждую горелку, высокая плотность топочной камеры (котлы под наддувом).

К уменьшению температуры факела и, следовательно, уменьшению выбросов окислов азота, приводит снижение теплового напряжения в топочной камере. Достигается это путем увеличения габаритов топочной камеры (увеличения объема топки), что ведет к удорожанию котлов.

Как и предыдущее мероприятие, к снижению температуры в топке приводит также увеличение степени экранирования топочной камеры, т.е. уменьшение шага между экранными трубами.

Снижение температуры подогрева воздуха возможно в ограниченных пределах, так как при этом может ухудшаться процесс горения и осложняться процесс глубокого охлаждения уходящих газов, необходимого для повышения КПД котлов.

Все перечисленные способы при комплексном их использовании могут существенно снизить образование окислов азота. При конструировании новых котлов необходимо, чтобы основные мероприятия по снижению генерации окислов азота были заложены в их конструкцию.

В таблице 3.2 приведены усредненные данные по эффективности различных способов снижения образования окислов азота в топках котлов природного газа и мазута.

Таблица 3.2 – Возможные пределы снижения образования окислов азота в котлах ТЭЦ, %

П р и м е ч а н и е – Источник: [7, с.19]

Как видно из таблицы 3.2, за счет комбинации различных мероприятий образование окислов азота на природном газе можно сократить в 5-10 % раз, на мазуте в 3 раза.

Для машиниста котла существует видимо, единственная возможность внести свой вклад в охрану окружающей среды от вредных выбросов – это ведение режима строго по режимной карте.

Обходчику котла необходимо следить, чтобы все лючки и лазы на работающем котле были закрыты во избежание присосов в газовоздушный тракт котельного агрегата.

Ремонтному персоналу необходимо знать, что качественное проведение ремонта котла, в частности, устранение присосов воздуха в топку, приводит к уменьшению вредных выбросов в атмосферу и улучшению экологической обстановки. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные в дипломной работе исследования позволяют сделать следующие выводы и предложения:

В данной работе была изучена актуальность экологических проблем промышленного производства, рассмотрены основные экологические проблемы некоторых отраслей промышленности, изучена экологическая ситуация в Республике Беларусь.

Изучены основные экологические проблемы теплоэнергетики. Развитие теплоэнергетики оказывает воздействие на различные компоненты природной среды: на атмосферу (потребление кислорода воздуха (О2), выбросы газов, паров, твёрдых частиц), на гидросферу (потребление воды, переброска стоков, создание новых водохранилищ, сбросы загрязненных и нагретых вод, жидких отходов), на литосферу (потребление ископаемых топлив, изменение водного баланса, изменение ландшафта, выбросы на поверхности и в недра твёрдых, жидких и газообразных токсичных веществ). В настоящее время это воздействие приобретает глобальный характер, затрагивая все структурные компоненты нашей планеты.

В результате промышленной деятельности человека в области производства тепловой энергии в окружающей среде наблюдается целый ряд существенных изменений. Вот лишь некоторые из них, особо ощутимые:

1.Наличие частиц, являющихся ядрами конденсации в 10 раз больше.

2.Наличие в воздухе газовых примесей увеличено 5-25 раз.

3.Количество облаков увеличивается на 5-10%.

4.Количество туманов зимой на 100% больше, летом на 30%.

5.Число осадков в различные периоды года на 5-10% больше.

6.Относительная влажность уменьшена летом на 2%, зимой на 8%.

7.Солнечное излучение уменьшено 3-20%.

8.Температура повышается на 1-2 градуса Цельсия.

9.Скорость ветра 5-30% больше.