Комплексное снижение вредных выбросов на ТЭЦ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Карагандинский государственный индустриальный университет

Комплексное снижение вредных выбросов на ТЭЦ

Жабалова Гульнара Газизовна - кандидат технических наук, профессор;

Онищенко Ольга Николаевна - магистр технических наук, старший преподаватель;

Леликова Ольга Николаевна - магистр технических наук, старший преподаватель, кафедра энергетики, автоматизации и вычислительной техники

Аннотация

В статье приведены основные мероприятия по борьбе с вредными выбросами на ТЭЦ от золы, SO_х, NO_х, рассмотрена глубокая комплексная очистка дымовых газов на котлах ТП-13 ТЭЦ-ПВС АО «АрселорМиттал Темиртау». Предложено заменить золоуловители на котле ТП-13, на электроциклоны типа «ЭЦВ-100» нового поколения, подходящие по параметрам и габаритам, а также использовать малозатратную СНКВ-технологию. Работа является частью основного проекта ТЭЦПВС АО «АрселорМиттал Темиртау» по увеличению степени очистки уходящих газов и уменьшению вредных выбросов в атмосферу от котлов ТП-13.

Ключевые слова: энергетика, вредные выбросы, парогенератор.

Abstract

The article describes the main measures for the fight against harmful emissions at the HPS from ash, SO_x, NO_x, considered deep and comprehensive cleaning of flue gases on boilers TP-13 of HPSat steam-air blowing station of ArcelorMittal Temirtau JSC. It was suggested to replace the ash collectors at the boiler TP-13 to electrocycle type “Vertical Electrocycle- 100” of new generation with suitable dimensions, as well as using of inexpensive sodium silicate binder technology. The work is part of the main project of heat power station of ArcelorMittal Temirtau JSC increase the degree of purification of exhaust gases and reduce harmful emissions into the atmosphere from boilers of TP-13.

Keywords: energy, emissions, steam generator.

К числу важнейших проблем, стоящих перед энергетиками развитых в промышленном отношении стран, прибавилась проблема снижения вредных выбросов и в том числе оксидов азота NO_x, образующихся при сжигании органического топлива в топках котлов.

Основные мероприятия по борьбе с вредными выбросами: глубокая очистка дымовых газов на ТЭС от золы, SO_х, NO_х; предварительная переработка топлива перед сжиганием с целью извлечения сернистых соединений; рациональное ведение топочного процесса в ПГ ТЭС для снижения образования NO_х; устройство высоких дымовых труб, создание санитарных зон вокруг станции.

Для ТЭЦ-ПВС АО «АрселорМиттал Темиртау» нормативный выброс NO_x в атмосферу составляет 250 мг/м³. Кроме того, оксиды азота участвуют в образовании фотохимического тумана-смога, кислотных дождей, опасных для здоровья человека. Суммарный выброс оксидов азота достаточно велик, а ТЭС принадлежит одно из первых мест среди источников загрязнения атмосферы оксидами азота.

В данное время существует достаточно много способов снижения выбросов NO_x в дымовых газах. Все они делятся на две основные группы: технологические методы и методы очистки дымовых газов от оксидов азота.

Существует очень много методов для снижения удельных выбросов оксидов азота. В представленной статье предлагается использовать малозатратную СНКВ-технологию. Принципиальная технологическая схема СНКВ-установки включает в себя станционную емкость объемом 200 м³ для хранения аммиачной воды, расположенную на значительном расстоянии от производственных помещений, две расходные емкости рабочим объемом 13 м³ каждая, размещенные рядом с котельным цехом, и два насоса-дозатора производительностью 200-1600 и 200-1200 м³/ч для подачи аммиачной воды в смеситель. Последний размещен непосредственно в котельном цехе и представляет собой трубу Вентури, в которой происходят испарение аммиачной воды и образование пароаммиачной смеси - до 18 т/ч. Последняя поступает в коллектор, откуда растекается по 20 вертикальным трубам (общее число отверстий 1003 диаметром 2ч3,5 мм, углы осей отверстий к потоку составляли 120⁰и 250⁰), установленным в поворотной шахте газохода перед фестоном. Каждая труба такой раздающей гребенки имеет на своей цилиндрической поверхности систему перфораций различного диаметра, позволяющую создать расчетный профиль расхода аммиака, вводимого в поток дымовых газов. Исходный пар давлением р=1,3 МПа и температурой t=280⁰С поступает в систему через задвижку. Предусмотрен насос для перекачки аммиачной воды в станционную и расходные емкости, а также запорная и регулирующая арматура, необходимая для управления [1, с. 70].

На ТЭЦ-ПВС в котельном цехе можно установить все три емкости: емкость объемом 200 м³ - под газоходом перед первой дымовой трубой или после нее; емкости объемом 13 м³ - на отметке 2 метра между 14 и 21 кольцевыми эмульгаторами.

СНКВ - процесс протекает при температуре 900 - 1150⁰С по цепному разветвленному механизму, который может быть описан тремя реакциями:

4NO+4NH₃+O₂=4N₂+6H₂O, (1)

4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O, (2)

4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O. (3)

Существует несколько способов раздачи реагентов (аммиака или аммиачной воды).

В результате исследований и технико-экономических анализов для крупных энергетических котлов (ТП-13, ТП-87) оптимальным является ввод аммиачной воды с паром или воздухом через систему раздающих труб, размещенных в зоне температур 900-1100°С. Этот способ раздачи наиболее просто реализуется при использовании аммиака или аммиачной воды, может быть применен и карбамид (но он должен быть конвертирован до аммиака, как это делается на зарубежных ТЭС) [2, с. 73].

При выборе технологического метода снижения выбросов NO_x необходимо учитывать, что котел ТП13 ТЭЦ-ПВС АО «АрселорМиттал Темиртау» относится к котлам с твердым шлакоудалением с достаточно высоким уровнем температур (до 1600 ⁰С в ядре горения). Но в то же время, эта температура находится в переходной зоне. Эта зона ограничивается температурой в 1530^°С, ниже которой практически не происходит образование термических NO_x. Отсюда следует, что для снижения выбросов оксидов азота котлом ТП-13 нецелесообразно снижать температурный уровень: в этих котлах практически все NO_x образуются из азота топлива, и поэтому снижать их образование следует изменением концентрации окислителя в той зоне, где происходит воспламенение и горение летучих. При внедрении технологических методов снижения выбросов NO_x приходиться считаться не только с их эффективностью, но и с опасностью такого изменения топочного процесса, которое может вызвать шлакование экранов, высокотемпературную коррозию или существенное увеличение потерь с химической и механической неполнотой сгорания.

В проекте предусмотрена подача аммиачной воды с коксохимпроизводства, которую можно транспортировать по трубопроводам и автомобильным транспортом.

Вторая большая пролема на ТЭЦ - это золовые выбросы.

При работе котла на твердом топливе должна быть обеспечена бесперебойная работа золоулавливающей установки.

Анализ спектров атмосферного воздуха показывает присутствие углеводородов в концентрациях, превышающих ПДК (предельно допустимая концентрация) в десятки и сотни раз. Наряду с местными загрязнениями антропогенное воздействие на атмосферу может иметь крупные региональные, и даже глобальные последствия.

На основе циклонов НВГЦ и НВГК и электрофильтров разработаны электроциклоны ЭНВКЦ и ЭНВГК, которые вобрали в себя достоинства компактного центробежно-электрического аппарата.

Электроциклон имеет высокую эффективность улавливания (99,9%) при скоростях на входе до 15-17 м/с. Эффективность улавливания при повышенной скорости на входе 24 м/с может достигать значений 99,5% при установке профилированных элементов на осадительный электрод. Пылеунос при установке профилированных элементов на осадительный электрод снижается в 4 раза [4].

Центробежно-электрический пылеуловитель - электроциклон (ЭЦВ) сочетает в себе достоинства пылеуловителей двух типов: простого по конструкции электроциклона и высокоэффективного электроосадителя - электрофильтра.

Осаждение взвешенных частиц в ЭЦВ осуществляется под одновременным воздействием двух сил - центробежной и электрической. Это способствует высокой степени очистки газов, равной 99,5 ... 99,9% при габаритах и массе аппарата в 2 ... 2,3 раза меньшей, чем у электрофильтров.

В цилиндрическом корпусе аппарата размещена система осадительных электродов в виде концентрических цилиндров. Запыленный газовый поток движется по криволинейным каналам со скоростью 15 ... 17 м/с. Осадительные и коронирующие электроды собираются из элементов специальной формы, серийно выпускаемых заводом газоочистительного оборудования. Имеют достаточно малые габариты и высокую надежность. В электроциклоне на очистку пылегазовых потоков расход электроэнергии значительно меньше, чем при применении газоочистных аппаратов других типов.

Концентрация взвешенных частиц в очищаемых газах может быть от нескольких г/м³газа до 100 г/м³ и более, а их температура может достигать 500^°С и выше. Пылегазоочистка может быть как сухой, так и мокрой.

Вместе с тем, надо отметить присущие электроциклонам некоторые недостатки. В этих электроциклонах могут осаждаться только вещества находящиеся во взвешанном состоянии, т.е. в виде пыли или тумана, но в электроциклоне нельзя отделить один газ от другого или отделить от пара без предварительной конденсации этого пара, без применения химической реакции. Не все хвостовые продукты могут быть эффективно уловлены в электроциклоннах в связи с их физико-химическими свойствами. К таким хвостовым продуктам относятся сажа, возгон окиси цинка, зола дымовых газов.

Очищенные газы имеют температуру 70-80°С и близкую к 100% относительную влажность, поэтому для исключения образования конденсата на стенках сборного короба, выходного газохода, в дымососе, дымовой трубе и предупреждения сернокислотной коррозии, в газоход подается горячий воздух из воздухоподогревателя котла [3, с. 73].

Современные электроциклоны на золе котельных - агрегатов могут работать с коэффициентами очистки газа - 0,99% - 0,99,6%, что позволяет при небольшой потере давления (250-350 Па) получать концентрации золы в очищенных газах, обеспечивающие санитарные нормы [3, с. 74].

Работа является частью основного проекта ТЭЦ-ПВС АО «АрселорМиттал Темиртау» увеличения степени очистки уходящих газов и уменьшения вредных выбросов в атмосферу от котлов ТП-13.

Цель - определить техническую возможность установки новых электроциклонов, в ячейки демонтируемых золоуловителей на котле ТП-13 и использование СНКВ - технологии, экономическую целесообразность, воздействие на состояние окружающей среды.

Проектные характеристики, определенные техническим заданием: производительность по газу100тыс. м³/ч; температура газов на входе -145°С; аэродинамическое сопротивление ЭЦ 1,6-2кПа; расход электроэнергии, - 0,8 кВт на 1000 м³/ч газа, степень золоулавливания 99,6%.

Предложено заменить золоуловители на котле ТП-13, на электроциклоны типа «ЭЦВ-100» нового поколения, подходящие по параметрам и габаритам, с расходом влажного газа на электроциклон 98000м³/ч, с температурой газов перед электроциклоном Т=120^°С, с разряжение в системе с=5кПа, с температурой газов после электроциклона Т=70-80^°С и степенью золоулавливания равной 99,2%.

Устанавливаемые электроциклоны по некоторым из параметров превосходят заменяемые скруббера, а именно новый электроциклон снижает колличество вредных выбросов в атмосферу данных элементов: ^М_БП^Год =1394,55 10^-3т/год; М _ТВ =1328 т/год; М_SO2 = 4475,86т/год; М_NOX =2042 т/год; М_СО =25536,8 т/год.

С точки зрения экономики комплексный проект по снижениею вредных выбросов целесообразен так как: капитальные затраты на модернизацию составляют 75 млн тг; годовой экономический эффект 50 млн тг; срок окупаемости 2 года.

выброс газ котел электроциклон

Список литературы

1. Котлер В.Р., Резниченко Ю. Опыт фирмы ЕЕК. (США) по снижению выбросов оксидов азота и сернистого ангидрида на пылеугольных котлах. Теплоэнергетика, 1993. № 8. С. 69--72.

2. Котлер В.Р. Технология одновременного снижения выбросов оксидов азота и серы на пылеугольных котлах на ТЭС. Теплоэнергетика, 2002. № 1. С. 72--75.

3. Котлер В.Р. Новые технологии малотоксичного сжигания на угольных электростанциях в США. Теплоэнергетика, 2000. № 4. С. 72--75.

4. Титов А.Г. Снижение вторичного уноса в электроциклоне // Инженерный вестник Дона, 2012 № 4.

Размещено на Allbest.ru