Разработка комплексного способа очистки газообразных выбросов теплогенерирующих установок

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 4 - Зависимость степени очистки дымовых газов от удельного расхода озона g_уд, г/г;

Размещено на http://www.allbest.ru

- прямоточная работа пленочной секции;

Размещено на http://www.allbest.ru

- противоточная работа пленочной секции.

Результаты эксперимента представлены графиком зависимости степени очистки дымовых газов от NO_х (рисунок 4) от удельного расхода озона, из которого видно, что действительный удельный расход озона на окисление NO_х реальных дымовых газов равен (0,35-0,4) г/г, что в несколько раз меньше теоретического (1,6 г/г), полученного по уравнению (3). Как видно из зависимости (рисунок 4) при увеличении удельного расхода газа больше 0,4г/г эффективность очистки практически не меняется. Характер этой зависимости сохраняется при прямоточном и противоточном движении фаз в пленочной секции ЭПТА (степень очистки при прямотоке на 2-3% больше, чем при противотоке, что можно объяснить несколько большим временем контакта озона с дымовыми газами). При средней температуре дымовых газов в ЭПТА равной 60⁰С максимальная степень очистки (0,7 - 0,73). Кроме того по результатам эксперимента определен фактор ускорения абсорбции , значение которого находили при совместном решении уравнения (26) и уравнения массопередачи, выраженного в концентрациях абсорбтива в жидкой фазе

, (37)

где

- средняя движущая сила, г/м³;

- площадь массопередачи, м².

Расчет показал, что фактор ускорения абсорбции , как и степень очистки сохраняет постоянное максимальное значение при удельном расходе озона больше 0,4 г/г.

В четвертой главе приведены технические решения по очистке дымовых газов и их практическая реализация при испытаниях опытно-промышленной установки очистки дымовых газов от оксидов азота в производственной котельной.

Цель испытаний - сравнение расчетных и опытных технологических параметров производственного воздухоподогревателя-абсорбера (эмульгационно-пленочного трубчатого абсорбера). В качестве промышленного объекта для опытно-промышленных испытаний технологических параметров производственного воздухоподогревателя-абсорбера был выбран паровой котел ДКВР-6,5-13 (расчетный КПД при работе на газе - 91,8%), который был оснащен экономайзером ЭП2-236, дымососом Д-8 и дутьевым вентилятором Ц4-70 № 6. В основу конструкции устройства для очистки дымовых газов от (воздухоподогревателя-абсорбера) принят воздухоподогреватель 1 типа с диаметром труб 40х1,5 мм.

Технологическая схема экспериментальной опытно-промышленной установки, приведена на рисунке 4.

Опытно-промышленный воздухоподогреватель-абсорбер (ВПА) оборудован датчиками температуры в газовоздушном тракте установки. Температуру и концентрацию NO_x в дымовых газах определяли при помощи переносного автоматического газоанализатора ДАГ-16 (относительная погрешность измерений %) в трех точках на входе в теплообменную и абсорбционную секции и на выходе из сепарационной секции. Измерение динамического давления воздуха и газов проводилось при помощи трубки Пито-Прандтля и многопредельного микроманометра ММН-240 на входе в теплообменную и абсорбционную секции и на выходе из сепарационной секции. Концентрацию NO_x в воде определяли колориметрическим способом (относительная погрешность измерений %) концентрацию О₃ в воде определяли при помощи анализатора озона Озон-В (относительная погрешность измерений %), в газе газоанализатором 3.02П-Р (относительная погрешность %).

При помощи штатных эксплуатационных приборов контролировались: производительность котла, температура и давление насыщенного пара, температура и давление питательной воды, расход топлива.



Рисунок 5 - Технологическая схема экспериментальной опытно-промышленной установки: 1 - воздухоподогреватель-абсорбер (ВПА); 2 - транзитный газоход; 5 - заборный газоход; 3, 4, 7 - шиберы; 6 - возвратный газоход; 8 - дымосос; 9 - дутьевой вентилятор; 10 - подающий воздуховод; 11 - дутьевой воздуховод; 12 - высоконапорный вентилятор; 13 - озонатор; 14 - трубопровод подачи озоновоздушной смеси; 15 -конденсатный бак; 16 - гидрозатвор; 17 -насос; 18, 19, 20, 21 - вентили.

Коэффициент избытка воздуха определялся в газоходах 5 и 6, на участках, примыкающих к ВПА (=1,3; =1,33).

Значение температуры воздуха и газов, измеренные в контрольных точках воздухоподогревателя-абсорбера принимали как среднеарифметические для параллельных датчиков.

Значение динамических напоров воздушного и газового потоков определялись также как среднеарифметические разности полного и статического давлений, измеренных трубкой Пито-Прандтля в соответствующих аналитических точках. Расход воздуха и дымовых газов на входе и выходе в воздухоподогреватель-абсорбер, а также расход озоновоздушной смеси на входе в него рассчитывался по полученным значениям соответствующих динамических напоров.

Так как возможности экспериментирования на действующих промышленных установках в отличие от лабораторных ограничены, то факторы (параметры) можно варьировать только в пределах технологического регламента. В связи с этим в процессе промышленных испытаний был использован метод планирования эксперимента.

Расчетное значение средней скорости воздуха и средней скорости дымовых газов в теплопередающей поверхности определялось с учетом присоса воздуха в газовый тракт.

Потери тепла части дымовых газов , обрабатываемых в воздухоподогревателе-абсорбере, рассчитывались для каждого режима по измеренным температурам по уравнению

, (38)

где

- теплосодержание дымовых газов на выходе из ВПА, кДж/кг;

- теплосодержание дутьевого воздуха, кДж/кг;

- коэффициент избытка воздуха на выходе из ВПА;

=0 - потери тепла от химического недожога газа.

По уравнению (38) определялись потери тепла с уходящими необработанными дымовыми газами со значением при температуре 120⁰С. Потери тепла с уходящими газами в целом по котлу находили как

, (39)

где

- обрабатываемая часть дымовых газов, м³/с;

- необрабатываемая часть дымовых газов, м³/с;

- общий расход дымовых газов по котлу, м³/с.

Тепловой баланс ВПА определялся по воздуху в условиях проводимых промышленных исследований отдельно по каждой секции, после чего их тепловосприятия суммировались.

Тепловосприятие секции ВПА по тепловому балансу воздушной стороны, отнесенное к единице объема сжигаемого топлива, исходя из среднего расхода воздуха и температурного перепада по воздуху, определялось по уравнению

, (40)

где

- теплоемкость воздуха при средней температуре воздуха в секции, ⁰С;

- температура воздуха на входе в секцию, ⁰С;

- температура воздуха на выходе из секции, ⁰С.

Кроме того составляется уравнение теплового баланса для каждой секции ВПА по дымовым газам с учетом теплоты конденсации водяных паров.

Теплоемкость дымовых газов вычислялась как теплоемкость смеси по известному составу, определяемому в ходе испытаний, при средней температуре газов в секции

, (41)

где

- теплота конденсации водяных паров при средней температуре в секции ВПА, кДж/кг;

- количество сконденсировавшихся водяных паров при температуре дымовых газов на выходе из секции ВПА, г/м³;

Из совместного решения уравнений теплового баланса каждой секции ВПА по воздуху и дымовым газам (40) и (41) при известных начальной и конечной температурах находится теплота конденсации водяных паров и, соответственно, количество конденсата водяных паров . Кроме того, значение величины проверялось по I-d диаграмме.

Номинальное тепловосприятие секции ВПА, рассчитанное по уравнению теплопередачи, отнесенное к единице объема сжигаемого топлива

, (42)

где

- коэффициент теплопередачи в отдельной секции, Вт/м²K;

- температурный напор в отдельной секции ВПА, ⁰С;

- поверхность теплообмена отдельной секции ВПА, м².

При определении коэффициентов теплопередачи абсорбционной и сепарационной секций ВПА учитывали сопротивление пленки абсорбента на стенках труб.

Диапазон изменения нагрузок ВПА при промышленных испытаниях поддерживался в соответствии с особенностями работы подъемной трубы эргазлифта абсорбционной секции ВПА. Исходя из того, что подъемная труба абсорбционной секции может устойчиво работать одновременно как массообменный аппарат (в эмульгационном режиме) и подъемник в диапазоне между экономичным и максимальным режимами работы эргазлифта, нагрузку по газу на ВПА изменяли в диапазоне (2000-2500) м³/ч (относительное изменение нагрузки в пределах 20-25 %).

Исходные данные проведения испытаний:

общий расход дымовых газов котельного агрегата - 6500 м³/ч;

расход дутьевого воздуха - 4600 м³/ч;

действительный средний расход природного газа - 487 м³/ч;

тепловая потеря без ВПА (=120⁰С), %;

расход озоновоздушной смеси - (190-200) м³/ч;

удельный расход озона на окисление NO_х принят по результатам лабораторных исследований и равен (0,25-0,35) г/г;

расход абсорбента - 8,0 м³/ч.

концентрация в абсорбенте на выходе из ВПА - 1,0 % вес.;

кратность циркуляции абсорбента в кубе ВПА- 115;

время пребывания абсорбента в кубе ВПА - 100 ч;

расчетный КПД котла - 91,8%.

В условиях данного эксперимента основными входными параметрами ВПА были: расход дымовых газов , начальная температура , начальные влагосодержание и концентрация NO_x в дымовых газах , начальная температура и расход воздуха, количество озона и расход озоновоздушной смеси . Выходными параметрами были приняты: расход дымовых газов конечные температура , влагосодержание и концентрация NO_x в дымовых газах, конечная температура и его расход. Основным выходным расчетным параметром было принято тепловосприятие ВПА (количество утилизированного тепла). Испытания проводили при номинальных нагрузках котельного агрегата. Кроме того, проводилось сравнение расхода топлива (природного газа) при работающем и выключенном ВПА. Усредненные по дневным показателям результаты испытаний при различных нагрузках по газу и средней по абсорбенту и озоновоздушной смеси приведены в таблице 1 (вход/выход).

Таблица 1 - Усредненные значения параметров на входе и выходе из ВПА

№№ п/п	Наименование параметра	Параметр на входе / выходе ВПА
1	Расход дым. газов на ВПА, м3/ч	2000/ 2200	2100/ 2300	2200/ 2400	2300/ 2500	2400/ 2600	2500/ 2700
2	Температура дым. газов, 0С	120/50	121/50	120/51	122/53	120/53	122/55
3	Влагосодержание дым. газов, г/м3	115/80	119/81	116/83	120/87	115/84	118/88
4	Температура воздуха, 0С	25/71	26/73	25/74,5	25/75	24/77	26/79
5	Концентрация озона в озоновозд. смеси, г/м3	1,1	1,1	1,1	1,1	1,1	1,1
6	Концентр. озона в дым газах, г/м3	0,1/0,0	0,095/0,0	0,092/0,0	0,088/0,0	0,085/0,0	0,082/0,0
7	Концентрация NOх в дым газах, г/м3	0.35/0.08	0,36/0.085	0,36/0.083	0,35/0.085	0,36/0.093	0,35/0.100
8	Степень очистки после ВПА, дол.	0.770	0,763	0,766	0,757	0,745	0,716
9	Аэродинамическое сопротивление ВПА по газу, Па	110	124	136	146	156	165
10	Аэродинамическое сопротивление ВПА по воздуху, Па	225	240	260	290	320	325
11	Тепловая потеря с уходящими га-зами после ВПА, %	2.7	2,7	2.8	2.8	3, 0	3,0
12	Тепловая потеря с уходящими газа-ми в среднем по котлу, %	4,63	4,58	4,58	4,55	4,53	4,5
13	Тепловосприятие ВПА (на 1 м3 топлива), кВт	80,5 (631,0)	83,6 (654,0)	87,0 (682,4)	90,0 (705,9)	91,5 (717,6)	93,0 (730,0)
14	КПД потока газа через ВПА, %	94,6	94,6	94,5	94,5	94,3	94,3
15	Средний КПД котла, %	92,6	92,8	92,8	92,8	92,8	92,8
16	Действительное. повышение КПД котла, %	0,8	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
17	Повышение КПД котла при обработке всего потока газа, %	2,8	2,8	2,7	2,7	2,5	2,5

Результаты опытных испытаний, также как и предыдущих лабораторных исследований, показывают. что действительный расход озона, требуемый для окисления NO_х значительно меньше, чем по уравнению (3), подтверждая эффективность очистки при насыщении абсорбента озоном путем многократной рециркуляции.

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 6 - Зависимость концентрации NO_x и тепловых потерь от влагосодержания в уходящих дымовых газах при их очистке от NO_х:

- режимные параметры работы котла; - первый вариант очистки дымовых газов (опытные данные, ⁰C); - второй вариант очистки всего потока газов (опытные данные, ⁰C); -третий вариант очистки всего потока газов (расчетные данные, ⁰C); 1 - ; 2 - .

В результате испытаний также установлено, что с увеличением потерь тепла с уходящими газами увеличиваются выбросы NO_x и влаги (рисунок 6). Аналогичная взаимосвязь между выбросами NO_x и тепловыми потерями получены другими исследователями при анализе зависимости состава дымовых газов от изменения режимных параметров котлов типа ДКВР и ТГМ.

Испытаниями и тепловым расчетом установлено, что возможны три варианта реализации предлагаемого способа очистки дымовых газов теплогенерирующих установок от NO_x при сжигании природного газа:

1. для достижения заданной степени очистки, которая определяется фоновой концентрацией, ПДК оксидов азота, их концентрацией в газообразных выбросах котельной установки, достаточно очистки части дымовых газов, количество которых определяется расходом и температурой дутьевого воздуха;

2. для достижения заданной степени очистки требуется обработка всего потока дымовых газов, охлаждение которых до температуры очистки производится дутьевым воздухом и питательной водой. При этом в составе водоподготовки котельной (ТЭС) обязательна вакуумная деаэрация воды;

3. для достижения заданной степени очистки требуется обработка также всего потока дымовых газов, охлаждение которых до температуры очистки производится дутьевым воздухом, питательной водой и внешним хладоагентом (например, наружным воздухом). При этом в составе водоподготовки котельной (ТЭС) также обязательна вакуумная деаэрация воды.

Кроме того в главе 4, представлены авторские технические решения, основанные на предлагаемом способе и защищенные патентами РФ, по очистке дымовых газов от NO_x совместно с утилизацией их тепла и улавливаемых компонентов для предприятий теплоэнергетики, очистке выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, очистке уличного воздуха от вредных компонентов выхлопных газов автомобильного транспорта, использования дымовых газов котельных агрегатов в качестве сырья для получения диоксида углерода и по специализированной для процессов очистки и утилизации теплообменной аппаратуре.

В пятой главе приведена методика расчета установки очистки и утилизации газообразных выбросов.

Расчетная схема первого варианта установки очистки с привязкой к котельному агрегату приведена на рисунке 5. Основные конструктивные узлы ВПА: теплообменная Т, абсорбционная А и сепарационная С секции, которые состоят из вертикальных теплообменно-абсорбционных труб и трубных досок и отделены друг от друга вертикальными перегородками. Устройство и принцип действия абсорбционной секции А аналогичны рассмотренному выше ЭПТА.



Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 7 - Расчетная схема первого варианта установки очистки с привязкой к котельному агрегату.

Вначале производится тепловой расчет установки. Тепловую нагрузку (количество утилизированного тепла) и количество конденсата водяных паров определяют из теплового баланса абсорбера-воздухоподогревателя при заданных начальной и конечной температурах дымовых газов (с учетом теплоты конденсации водяных паров). В основу расчета теплового расчета установки положен нормативный метод.

Технологический расчет абсорбционной и сепарационной секций (А и С) проводятся методом последовательных приближений (предварительно задается степень очистки дымовых газов от NO_x, которая затем уточняется). В абсорбционной секции А определяющими конструктивно-технологическими элементами являются подъемная труба эргазлифта, трубчатый теплообменник-абсорбер, в сепарационной секции С - также трубчатый теплообменник.

Расчет абсорбционной секции А начинают с эргазлифта. В подъемной трубе эргазлифта происходит смешение кислого конденсата и озоновоздушной смеси с образованием газожидкостной эмульсии, которая поднимается вверх с одновременной абсорбцией озона O₃ и кислорода O₂, их химическим взаимодействием с оксидами азота NO_x с образованием азотной кислоты HNO₃.

Минимальное количество озоновоздушной смеси, подаваемой в трубу эргазлифта , определяется из условий обеспечения оптимального расхода абсорбента для создания устойчивой пленки на поверхности труб абсорбционной секции ВПА, конструктивные характеристики которого определены на основе теплового расчета. Предварительно задается длина подъемной трубы , высоту подъема жидкости в эрлифте , глубину погружения трубы .

Диаметр подъемной трубы рассчитывается из уравнения А. П. Крылова

(43)

где - градиент давления жидкости в подъемной трубе.

Расход озоновоздушной смеси для экономичного режима подъема абсорбента на высоту находят как среднеарифметическое из выражений

(44)

(45)

Для идентификации гидродинамического режима в подъемной трубе находят критерий Фруда при средней скорости газожидкостной смеси по уравнению (28).

Количество озона в озоновоздушной смеси, необходимого для окисления и поглощения NO_x, определяется в зависимости от концентрации NO_x в дымовых газах и находится по удельному расходу озона, полученному на основания опытных данных автора (=0,35-0,4 г/г). При наличии а продуктах сгорания оксидов серы SO_х количество озона определяют с учетом его расхода на их окисление до SO₃.

Подъемная труба эргазлифта в абсорбционной секции с точки зрения массопередачи работает в режиме восходящего прямотока газа и жидкости. Для прямоточного восходящего газожидкостного потока в подъемной трубе эмульгационной зоны коэффициент массоотдачи находят по уравнению (26), а для пленочной зоны по уравнению (27), в котором фактор ускорения абсорбции принимается на основании опытных данных автора. При этом принимают, что основное сопротивление массопередаче при абсорбции О₃ и NO_x сосредоточено в жидкой фазе и .

Поглощение озоновоздушной смеси в подъемной трубе эргазлифта рассчитывают как абсорбцию в одиночной трубе в эмульгационном режиме в прямоточном восходящем потоке. Определяемым параметром является количество поглощенного озона. Количество поглощенного вещества находят по уравнению массопередачи (37)

Расчет абсорбции в пленочной зоне абсорбера проводят также по уравнению (37), исходя из известных данных: расхода дымовых газов , площади массопередачи (площади теплоообменной поверхности) , высоты , диаметра труб , начального содержания NO_x в газовой и жидкой фазах (), расхода абсорбента и рассчитанного коэффициента массопередачи. При этом равно начальному содержанию NO_x в дымовых газах после теплообменной секции Т, - концентрация NO_x в воде на выходе из устья подъемной трубы. Расчет проводится без учета тепла абсорбции ввиду малой рабочей концентрации NO_x при средней температуре абсорбента. Расчет проводится методом последовательных приближений, задаваясь степенью поглощения NO_x. Количество оксидов азота, поглощенных при конденсации водяных паров, определяют по уравнениям, полученным на основании зависимостей (13)-(20). Определяемыми величинами являются количество поглощенного NO_x и гидравлическое сопротивление ВПА .

Расчет узла обработки конденсата проводят в зависимости от способа его очистки от кислотных компонентов (на анионитовом фильтре или известкованием), причем для данного метода очистки дымовых газов предпочтителен известковый способ.

Аэродинамическое сопротивление находят по нормативному методу.

На основании полученных расчетных технологических параметров секций Т, А, С проводится расчет и подбор остального оборудования установки.

В главе 6 приведено технико-экономическое обоснование очистки дымовых газов от оксидов азота. В ней рассмотрены технико-экономические показатели теплогенерирующих установок применительно к условиям очистки, расчетные схемы теплового баланса с установкой очистки и утилизации тепла дымовых газов (рисунок 8).

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 8 - Расчетная схема теплового баланса с установкой очистки и утилизации тепла дымовых газов (первый вариант).

Экономический расчет установки очистки показал, что наиболее существенными затратами являются расходы на изготовление ВПА, а также высоконапорного вентилятора и озонатора. При этом капитальные затраты на изготовление дымовой трубы уменьшаются за счет уменьшения ее высоты. Из эксплуатационных дополнительных затрат наиболее существенные -затраты на электроэнергию, причем большая часть ее потребляется озонатором и высоконапорным вентилятором, т. е. непосредственно на проведение процесса очистки. При этом затраты на электроэнергию для озонатора при расчете процесса окисления NO по уравнению (3) больше в 2,5 раза, чем полученные в результате экспериментальных исследований и опытных испытаний ВПА. В тоже время процесс обеспечивает значительную удельную экономию за счет уменьшения расхода топлива. Суммарные удельные эксплуатационные затраты с учетом подогрева дымовых газов на выходе из ВПА в зимнее время - 525 руб./МВт, дополнительные капитальные вложения - 93700 руб./МВт по 1-му варианту очистки части дымовых газов.

Из зарубежного опыта известно, что внедрение СКВ-технологий обходится в 50000 $/МВт (1250000 руб./МВт), капитальные затраты на разрабатываемую в нашей стране СНКВ-технологию в 13 раз меньше (96000 руб./МВт). Таким образом, удельные капиталовложения на внедрение известной СНКВ-технологии и предлагаемого способа очистки приблизительно одинаковы, но в тоже время рассматриваемый способ лишен недостатков СНКВ и обеспечивает возможность утилизации тепла дымовых газов, что существенно повышает его эффективность по сравнению с ней.

Согласно расчету РАО «ЕЭС» капитальные затраты на сооружение блоков очистки дымовых газов при переводе ТЭС на уголь составляют $ 186-264 тыс. на 1 МВт установленной мощности, тогда как оборудование котельных агрегатов предлагаемой установкой обойдется в десятки раз дешевле.

Учитывая современную тенденцию непрерывного роста цен на топливо, в том числе и газообразное (ОАО «Газпром» к 2010 году намерено довести уровень внутренних цен ($ 0,05 - 0,06/нм³) на природный газ до среднемировых ($ 0,25/нм³), предлагаемый способ в ближайшие годы станет экономически вполне рентабельным.

По аналогии с экологическим ранжированием первичных методов очистки, разработанных В. И. Кормилициным, предложен метод оценки экологической эффективности вторичных методов очистки дымовых газов. С этой целью предлагается комплексное экологическое ранжирование, учитывающее одновременно выбросы вредных веществ и тепловые потери. Процесс экологического ранжирования рассмотрен на примере опытного котла ДКВР-6,5-13.

При построении графика зависимости концентраций оксидов азота и тепловых потерь от значения экологического ранга на осях ординат откладывают концентрации оксидов азота в уходящих газах и потерь теплоты с уходящими газами , а на оси абсцисс значения экологического ранга (рисунок 9). За опорный экологический ранг принят базовый технологический режим работы котла ДКВР-6,5-13 по параметрам режимной карты для природного газа со средней концентрацией оксидов азота в уходящих газах г/м³ и потерей тепла 5,5 %.

Рисунок 9 - Экологическое ранжирование природоохранных мероприятий котла ДКВР-6,5-13 с учетом тепловых потерь с уходящими газами: - режимные параметры работы котла; - первый вариант очистки дымовых газов (опытные данные); - второй вариант очистки всего потока газов (опытные данные); - третий вариант очистки всего потока газов (расчетные данные); 1 - К_ЭР=f(C_NOx); 2 - К_ЭР=f(q₂).

Физический смысл предлагаемых экологических рангов для вторичных методов очистки с учетом уменьшения тепловых потерь заключается в том, что они объединяют конструктивно-технологические мероприятия, проводимые в системе газоочистки, в единое целое и дают сравнительную количественную оценку экологической эффективности относительно базового варианта в определенной номенклатуре котельных агрегатов с учетом тепловых потерь с уходящими газами.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

1. Разработаны основные положения вторичных природоохранных мероприятий по снижению NO_х в дымовых газах теплогенерирующих установок при сжигании природного газа, а именно, для доокисления NO до NO₂, абсорбции NO₂ водой в присутствии озона совместно с утилизацией тепла и улавливаемых компонентов, в которых на основании анализа литературных источников показано:

а) доокисление NO озоном термодинамически более выгодно, чем доокисление NO кислородом воздуха (при температуре очистки в дымовых газах =50⁰С константа равновесия возрастает в миллионы раз, при температуре 60⁰С (средняя температура предлагаемого способа) остаточная концентрация NO в газе уменьшается от % об. до % об., причем при уменьшении температуры от 100⁰С до 50⁰С константа равновесия К для реакции окисления оксида азота озоном увеличивается в несколько тысяч раз, а во влажном газе параллельно с процессами окисления NO озоном происходит образование азотной кислоты, что теоретически позволяет удалить оксиды азота полностью);

б) при малых концентрациях NO₂ в газе скорость абсорбции NO_х повышается с понижением температуры (коэффициент абсорбции увеличивается в 1,5 раза с уменьшением температуры от 50⁰С до 20⁰С), причем при температуре ниже точки росы в условиях конденсации водяных паров процесс образования азотной кислоты протекает со скоростью, превышающей в 10 раз скорость обычной абсорбции);

в) лимитирующей стадией, определяющей скорость поглощения NO_х, является их диффузия в жидкую фазу, причем высокая скорость окислении NO достигается при введении озона в жидкую фазу (конденсат водяного пара) и концентрации кислорода в газе равной 6-8 % об. (скорость абсорбции возрастает в 1,6 раза, а количество азотной кислоты превышает в 20 раз, чем можно получить при введенном количестве озона).

2. Так как закономерности абсорбции определяют основные технологические параметры и конструкцию аппаратуры предлагаемого способа очистки, обоснована интенсификации процесса абсорбции диоксида азота водой в области малых концентраций, характерной для дымовых газов, которая осуществляется межфазным контактом газа с жидкостью в эмульгационном и пленочном режимах при многократной рециркуляции абсорбента с использованием в качестве циркуляционного устройства эргазлифта, абсорбента - смеси конденсата дымовых газов и подпиточной воды и обеспечивает, при наличии в жидкости минимального количества озона и азотной кислоты, повышение скорости абсорбции в несколько раз;

3. Исследование кинетики массопередачи при абсорбции на примере модельной системы «СО₂ - вода» на экспериментальном стенде показывает, что величина коэффициентов массоотдачи в эмульгационной зоне основного аппарата установки очистки - воздухоподогревателя-абсорбера (эмульгационно-пленочного трубчатого абсорбера) в 10 раз превышает их величину в пленочной зоне и для расчета следует использовать критериальные уравнения для эмульгационной и для пленочной зоны.

4. Исследования эффективности очистки дымовых газов от NO_х на базе отопительного котла КВ-0,1 при сжигании природного газа на экспериментальном стенде показали, что при средней температуре дымовых газов в эмульгационно-пленочном трубчатом абсорбере равной 60⁰С степень очистки 0,7 - 0,73, действительный удельный расход озона на окисление NO_х 0,35-0,4 г/г, что в несколько раз меньше теоретического (1,6 г/г), полученного по уравнению (3), причем при увеличении удельного расхода озона больше 0,4 г/г эффективность очистки практически не меняется.

5. Экспериментальные исследования опытно-промышленной установки очистки на базе парового котла ДКВР-6,5-13, показали, что при охлаждении дымовых газов от 120⁰С до температуры ниже точки росы (50-70)⁰С, окислении NO_x озоновоздушной смесью и абсорбции полученной диоксида азота подкисленной подпиточной водой в смеси с конденсатом водяных паров (удельный расход озона на окисление оксидов азота (0,25-0,35) г/г) содержание NO_x в сбросных дымовых газах уменьшилось на (72 -77)%, температура дутьевого воздуха повысилась за счет утилизации тепла дымовых газов на 45-50⁰С, а КПД котла увеличился на (2,5-2,8) %.

6. Разработана методика расчета основных технологических и конструктивных параметров узловых аппаратов установки очистки дымовых газов от NO_x, в которой тепловой и аэродинамический расчет основаны на нормативном методе, а технологический расчет секций воздухоподогревателя-абсорбера основан на результатах исследований автора (количество поглощенных оксидов азота определяется с учетом абсорбции NO_x пленкой на поверхности труб секций в пленочном режиме и в трубе эргазлифта в эмульгационном режиме, а также кислотообразования в результате конденсации водяных паров).

7. Обоснованы и разработаны расчетные схемы теплового баланса парового котла, оснащенного установкой очистки дымовых газов для трех вариантов очистки с учетом очистки дымовых газов от NO_x и снижения тепловых потерь с одновременной их утилизацией, в основу которых положены базовые уравнения: - для рабочей среды и - для греющих газов, в которых количественно показаны параметры, влияющие на величину тепла утилизации дымовых газов.

8. Разработаны расчетная зависимость, методика экономического расчета установки очистки и утилизации газообразных выбросов и приведены результаты экономического расчета по данным испытаний и сравнение их с известными способами, которые показывают, что капитальные затраты на внедрение предлагаемого способа очистки (93700 руб./МВт) в 13 раз меньше, чем внедрение зарубежных СКВ - технологий (50000 $/МВт), а удельные капиталовложения на внедрение известной СНКВ - технологии равны 96000 руб./МВт, но в тоже время предлагаемый способ лишен недостатков СНКВ.

9. Разработан метод комплексного экологического ранжирования котельных установок с применением вторичных природоохранных мероприятий по снижению выбросов NO_x, который объединяет конструктивно-технологические мероприятия, проводимые в системе газоочистки, в единое целое и дает сравнительную количественную оценку экологической эффективности относительно базового варианта в определенной номенклатуре котельных агрегатов с учетом тепловых потерь с уходящими газами, что позволяет расставить в один ряд для котлов одного типа экологическую значимость конструктивно-технологических мероприятий в системе газоочистки.

10. Разработаны конструкторские решения аппаратуры (струйные и стеклоблочные воздухоподогреватели) для установок очистки дымовых газов теплогенераторов от NO_x, утилизации их тепла и уловленных компонентов в системах центрального и автономного теплоcнабжения, работающих при охлаждении дымовых газов до температуры ниже точки росы, позволяющих, наряду с очисткой газов от NO_x, повысить КПД теплогенераторов на (2-5)%.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Монография

1. Ежов, В. С. Очистка и утилизация газообразных выбросов теплогенераторов [Текст]: монография. Курск: Изд-во КурскГТУ, 2006. 128 c.

Доклады на международных и всероссийских конференциях

1. Ежов, В. С. Снижение тепловых выбросов в окружающую атмосферу от котельных агрегатов [Текст] / В. С. Ежов, Ю. М. Лукашов, А. Н. Веденьев, В. А. [и др.] // Современные экологические проблемы провинции: Междунар. экологический форум. М., 1995.

2. Ежов, В. С. Интенсификация нагрева воздуха при прямом контакте с дымовыми газами [Текст] / В.С. Ежов // Труды IV Росс. нац. конф. по теплообмену. М.: 2006. Т. 6. с. 215-218.

3. Ежов, В. С. Экологичная технология очистки и утилизации газообразных выбросов теплогенерирующих установок [Текст] / В. С. Ежов // Успехи современного естествознания / Академия естествознания. М., 2007. №7. с. 81-83.

Статьи и изобретения в центральных журналах

1. Ежов, В.С. Снижение вредных газообразных выбросов источников центрального теплоснабжения [Текст] / В.С. Ежов // Промышленная энергетика, 2006. №12.

2. Ежов, В.С. Уменьшение вредных газообразных выбросов от источников теплоснабжения в жилых массивах [Текст] / В.С. Ежов, Н.Е. Семичева // Безопасность жизнедеятельности, 2006. №12.

3. Ежов, В.С. Экологически эффективное получение двуокиси углерода. [Текст] / В.С. Ежов // Экология и промышленность России, 2007. №4.

4. Ежов, В.С. Определение основных параметров установки очистки вредных газообразных выбросов [Текст] / В.С. Ежов // Промышленная энергетика, 2007. №7.

5. Ежов, В.С. Эмульгационно-пленочный абсорбер для очистки дымовых газов от окислов азота [Текст] / В.С. Ежов // Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2007. №11.

6. Ежов, В.С. Очистка уличного воздуха в местах скопления городского автотранспорта [Текст] / В.С. Ежов // Безопасность жизнедеятельности, 2007. №12.

7. Ежов, В.С. Иccледование теплообмена в коррозионностойком воздухоподогревателе [Текст] / В.С. Ежов, Н.Е. Семичева // Электростанции, 2008. №2.

8. Ежов, В.С. Повышение эффективности утилизации тепла агрессивных вентиляционных выбросов [Текст] / Н. Е. Семичева, В. С. Ежов, Н. С. Кобелев // Изв. Орл. ГТУ. Орел, 2007. Окт. - дек.

9. Ежов, В.С. Энерговодосбережение при очистке дымовых газов от окислов азота [Текст] / В. С. Ежов // Энергосбережение и водоподготовка. 2008. №2.

10. Ежов, В.С. Механизм процессов окисления оксидов азота при синхронной очистке и утилизации газообразных выбросов [Текст] / В. И. Кормилицын, В. С. Ежов // Энергосбережение и водоподготовка. 2008. №3.

11. Ежов, В.С. Механизм процессов поглощения оксидов азота из дымовых газов [Текст] / В. И. Кормилицын, В. С. Ежов // Энергосбережение и водоподготовка. 2008. №6.

12. Ежов, В.С. Определение варианта и оборудования установки синхронной очистки и утилизации газообразных выбросов теплогенераторов [Текст] / В. С. Ежов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2008. №4.

13. Ежов В. С. Об экономической эффективности синхронной очистки и утилизации газовых выбросов теплогенерирующих установок [Текст] / Промышленная энергетика, 2008. №4.

14. Ежов, В.С. Влияние величины тепловых выбросов на концентрацию оксидов азота в дымовых газах теплогенераторов. [Текст] / В.С. Ежов // Экология и промышленность России, 2008. №5.

15. Пат. 2161528 Российская Федерация, МПК⁷ B 01 D 53/60, 53/34. Способ и устройство для удаления окислов азота и окислов серы [Текст] / Ежов В.С.; опубл. 10.01.01, Бюл. № 1, 5 с.

16. Пат. 2186612 Российская Федерация, МПК⁷ B 01 D 53/60. Способ и устройство для очистки дымовых газов, утилизации их тепла и улавливаемых компонентов [Текст] / Ежов В.С.; опубл. 10.08.02, Бюл. № 22, 5 с.

17. Пат. 2254161 Российская Федерация, МПК⁷ B 01 D 53/60, 53/14. Комплексный способ и устройство для очистки и утилизации дымовых газов [Текст] / Ежов В.С., Семичева н.Е.; опубл. 20.06.05, Бюл. № 17, 7 с.

18. Пат. 2271500 Российская Федерация, МПК⁷ F 24 D 3/00. Способ автономного теплоснабжения и мобильная мультикотельная для его осуществления [Текст] / Ежов В.С., Мамаева Д.В., Левит В.А.; опубл. 10.03.06, Бюл.№7, 9 с.

19. Пат. 2280815 Российская Федерация, МПК⁷ F 24 D 3/00. Способ автономного теплоснабжения и миникотельная для его осуществления [Текст] / Ежов В.С., Семичева Н. Е., Мамонтов А. Ю.; опубл. 27.07.06, Бюл.№21, 9 с.

20. Пат. 2285866 Российская Федерация, МПК⁷ F 24 D 3/00. Автономная система квартирного теплоснабжения [Текст] / Ежов В.С., Левит В. А., Мамаева Д. А.; опубл. 20.06.06, Бюл.№29, 5 с.

21. Пат. 2321445 Российская Федерация, МПК⁷. F 24 D 3/00. Насадка для очистки дымовых газов [Текст] / Ежов В.С., Кладов Д. А., Левит В. А., Мамаева Д. В.; опубл. 10.04.08, Бюл. № 10, 6 с.

22. Пат. 2217221 Российская Федерация, МПК⁷ B 01 D 53/14. Способ и устройство для выделения двуокиси углерода из дымовых газов [Текст] / Ежов В.С.; опубл. 27.11.03, Бюл. № 33, 7 с.

23. Пат. 2303747 Российская Федерация, МПК⁷ B 01 D 53/18. Комплексное устройство для очистки дымовых газов от двуокиси углерода и его утилизации [Текст] / Ежов В.С.; опубл. 20.02.07, Бюл. № 21, 4 с.

24. Пат. 2317137 Российская Федерация, МПК⁷ B 01 D 53/14. Установка для выделения двуокиси углерода из дымовых газов [Текст] / Ежов В.С.; опубл. 20.02.08, Бюл. №5,8 с.

25. Пат. 2172413 Российская Федерация, МПК⁷ F 01 P 3/22., F 02 G 5/04/ Теплоутилизационное устройство поршневого двигателя внутреннего сгорания [Текст] / Ежов В.С.; опубл. 20.08.01, Бюл. № 23, 8 с.

26. Пат. 2227215 Российская Федерация, МПК⁷ F 01 N 3/00. Способ и устройство для очистки и утилизации отработавших газов [Текст] / Ежов В.С.; опубл. 20.04.04, Бюл. № 11, 11 с.

27. Пат. 2286469 Российская Федерация, МПК⁷ F 01 N 3/00. Комплексный способ и устройство для очистки и утилизации отработавших газов [Текст] / Ежов В.С.; опубл. 27.10.06, Бюл. № 30, 7 с.

28. Пат. 2301945 Российская Федерация, МПК⁷ B 01 D 53/14. Способ и устройство для реабилитации уличного воздуха [Текст] / Ежов В.С.; опубл. 27.06.07, Бюл. № 18. 6 с.

29. Пат. 2230258 Российская Федерация, МПК⁷ F 23 L 15/04. Дымовсасывающий струйный воздухоподогреватель [Текст] / Ежов В.С. опубл. 10.06.04, Бюл. № 16. 5 с.

30. Пат. 2294487 Российская Федерация, МПК⁷ F 23 L 15/00. Способ и устройство для нагрева воздуха дымовыми газами [Текст] / Ежов В.С.; опубл. 27.02.07, Бюл. № 6, 8 с.

31. Пат. 2307288 Российская Федерация, МПК⁷ F 23 L 15/04. Полифункциональный струйный воздухоподогреватель Текст] / Ежов В.С.; опубл. 27.09.07, Бюл. № 27. 6 с.

32. Пат. 2247281 Российская Федерация, МПК⁷ F 23 L 15/04. Стеклоблочный воздухоподогреватель [Текст] / Ежов В.С., Семичева Н.Е.; опубл. 27.02.05, Бюл. № 6, 5 с.

33. Пат. на полез. модель 49187 Российская Федерация, МПК⁷ F 23 L 15/04. Моноблочный воздухоподогреватель [Текст] / Ежов В.С., Семичева Н.Е.; опубл. 10.11.05, Бюл. № 31, 2 с.

34. Пат. 2289067 Российская Федерация, МПК⁷ F 23 L 15/04. Плоскоканальный стеклянный воздухоподогреватель [Текст] / Ежов В.С., Семичева Н.Е.; опубл. 10.12.06, Бюл. № 34.

Размещено на Allbest.ru

...