Меню Рубрики

Установка по снижению оксидов азота

Установка по снижению оксидов азота

Специально организуя топочный процесс, можно сущест­венно уменьшить количество образующихся при горении ок­сидов азота. Практическое применение нашли следующие методы:

А)Снижение температурного уровня в топке эффективно для котлов, в которых сжигается не содержащий азота природный газ. (Этот метод реализуется путем установки большего числа горелок, расположением горелок в несколько ярусов по высоте, применением двухсветного экрана.

Б)Рециркуляция дымовых газов успешно используется на газомазутных котлах с высокой температурой в ядре горения. Эффективность ее зависит от количества и температуры рециркулирующих газов, а также от организации ввода их в топку. Газы рециркуляции целесообразно подавать в топку по отдельному периферийному каналу горелки со скоростью, близкой к скорости воздуха.

На блоках 300 МВт Костромской ГРЭС применение рецир­куляции дымовых газов снизило концентрацию NOх с 800 до 400 мг/м 3 .

Следует учитывать, что (рециркуляция газов несколько увеличивает расход электроэнергии на собственные нужды).

В)Впрыск влаги или пара в топку как средство снижения выбросов NOX отличается простотой, легкостью регулирования и низкими капитальными затратами. На газомазутных котлах он позволяет снизить выбросы NОХ на 20—30%, но требует затрат теплоты на парообразование и вызывает увеличение потерь с уходящими газами при сжигании твердого топлива результаты очень незначительные. В целом этот метод целесо­образен экологически в аварийных ситуациях, например при особо неблагоприятных метеорологических условиях. При двухступенчатом сжигании через все горелки подают топливо с недостатком воздуха, так чтобы кислорода не хватало для образования NOX, а в конечную часть факела вводят недостающий для полного сгорания воздух. Таким путем при сжигании кузнецких углей в котлах БК3-210-140Ф и БКЗ-220-100 удалось снизить концентрацию NOх, в дымовых газах с 800 до 450 мг/м 3 .

Г)Ступенчатая подача топлива с восстановлением NOX в топ­ке служит эффективным методом борьбы с оксидами азота (рис. 3.5). Выше основных пылеугольных горелок в топке устанавливаются дополнительные горелки, в которые подается часть топлива с недостатком воздуха и создается зона с восстановительной средой. Еще выше располагают сопла для ввода третичного воздуха, необходимого для завершения сгорания.

Рисунок 3.5- Схема трехступенчатого сжигания для котла БКЗ-210-140 на твердом топливе

Д)Конструкция горелочного устройства во многом определяет интенсивность воспламенения факела, скорость смешения топ­лива с воздухом и максимальный уровень температур в ядре горения. Например, на котлах БКЗ-420-140-5 Карагандинской ТЭЦ-3, имеющих вихревые горелки с двумя каналами по вторичному воздуху, путем замедленного подмешивания вто­ричного воздуха к аэросмеси при сжигании экибастузского угля концентрация оксидов азота снижена с 800 до 600 мг/м 3 , а на котле ГТ-57 блока 500 МВт с 960 до 550 мг/м 3 .

Подача пыли высокой концентрации к горелкам (10—30 кг пыли на 1 кг воздуха) по трубопроводам малого диаметра (60—90 мм) приводит к снижению выбросов оксидов азота на 20%.

Е)Снижение избытка воздуха в топке при всех видах топлива приводит к снижению выброса оксидов азота. Предел примени­мости этого способа заключается в появлении в уходящих газах продуктов неполного сгорания (СО, Н2), увеличении содержания горючих в уносе, увеличении интенсивности шлакования поверх­ностей нагрева и высокотемпературной коррозии экранов.

Г)Предварительный подогрев топлив до 700° С изучен еще недостаточно. По предварительным данным этот метод по­зволяет снизить выброс NOX в 2—2,5 раза. Результат до­стигается предварительным (до подачи в топку) выделением части летучих.

Следует иметь в виду, что применение того или иного метода подавления NOX вызывает много трудностей. Объяс­няется это сложностью топочных процессов, разнообразием конструкции топок, горелочных устройств и свойств топлив.

В тех случаях, когда путем подавления образования NОХ в процессе сжигания топлива достичь требуемого снижения выбросов не удается, можно применить очистку от них.

Методы химической очистки газов от NOх разделяются на следующие группы:

-окислительные, основанные на окислении оксида азота в диоксид с последующим поглощением различными поглоти­телями;

-восстановительные, основанные на восстановлении оксида азота до азота и кислорода с применением катализаторов;

-сорбционные, основанные на поглощении оксидов азота различными сорбентами (цеолитами, торфом, коксом, водными растворами щелочей). Применительно к очистке дымовых газов котлов наиболее перспективны восстановительные методы. Наиболее изученный метод заключается в восстановлении оксидов азота с помощью аммиака. Этот метод основан на селективном взаимодействии аммиака с оксидами азота при определенных температурах.

При высоких (900—1100° С) температурах они протекают достаточно быстро (за доли секунды) без катализаторов. При более высоких температурах происходит разложение аммиака с образованием дополнительных оксидов азота; при меньших — реакция резко замедляется и аммиак будет выбрасываться в дымовую трубу. Для сокращения времени реакции и, следовательно, длины тракта, в котором она происходит, необходимо обеспечить хорошее перемешивание аммиака с ды­мовыми газами. Аммиак подается в свободный от поверхностей нагрева объем в верхней части газоходов котла в зоне пароперегревателя с газами или с паром. Необходимый для интенсивного перемешивания расход газов рециркуляции со­ставляет около 15%, расход пара — от 1 до 3% паропроиз-водительности котла в зависимости от способа ввода и пе­ремешивания пароаммиачной смеси с дымовыми газами. Требуемое отношение NH3/NOX составляет 0,9—1 стехиометрического. Весовой расход аммиака 0,5 части на одну весовую часть NO.

Читайте также:  Установки по разделке кабеля от изоляции

Дозирование аммиака должно осуществляться в зависимо­сти от режима котла так, чтобы избежать проскока аммиака в атмосферу.

При более низких температурах газов (573—723 К) реакция разложения оксидов азота активно протекает только в присут­ствии катализаторов. В качестве катализатора используются оксиды различных металлов (титан, хром, ванадий).’ Они наносятся на элементы с развитой поверхностью, выполненные в виде гранул, пластин или сот. Установки разложения оксидов азота могут работать на котлах, сжигающих природный газ, мазут и уголь (рис. 3.6). Дымовые газы из котла /, пройдя экономайзер, поступают в реактор 3 с блоками катализатора. Перед реактором через распределительную систему форсунок 2 в газы вводится аммиак, разбавленный воздухом, который отбирается за дутьевым вентилятором 5. Аммиак подается со склада жидкого аммиака через испаритель 10. Блоки катализатора устанавливаются в реакторе в несколько слоев. Эффективность разложения NOх с использованием катализа­тора достигает 90%.

Рисунок 3.6- Схема установки для разложения оксидов азота:

1 — котел; 2—ввод аммиака; 3 — реактор с катализатором; 4 — воздухоподогреватель; 5—вентилятор; 6 — электрофильтры; 7—дымовая труба: 8—система питания аммиаком; 9—хранилище жидкого аммиака; 10—испаритель; 11 — емкость

Через несколько тысяч часов работы эффективность ката­лизатора на пылеугольных котлах (по опыту их работы за рубежом) снижается. В этом случае возможно добавление еще одного ряда блоков катализатора.

Для снижения концентрации NOх с 800 до 200 мг/м 3 на энергоблоке на угле 500 МВт требуется 0,7 т/ч газообразного аммиака. При условии автоматизации процесса остаточная концентрация аммиака в дымовых газах составляет 0,005%.

За последние годы делались попытки использования раз­личных присадок к топливу с целью снижения выхода оксидов азота при горении. Интересные исследования выполнены в Сре­днеазиатском филиале института ВНИИпромгаз.

При добавке минеральной присадки типа ВТИ-4 (10%-ный водный раствор хлористого магния), предназначенной для снижения высокотемпературной сульфидной и низкотемператур­ной сернистой коррозии в котле ПК-41-1 наблюдалось снижение выброса оксидов азота при сжигании мазута с 0,6 до 0,42 г/м 3 .

источник

Методы снижения эмиссий оксидов азота

Из анализа механизмов образования оксидов азота при сжигании топлив следует, что уменьшения образования NОХ можно достичь, реализовав мероприятия, направленные:

a) на снижение температуры горения;

b) уменьшение времени пребывания продуктов сгорания в области высоких температур;

c) создание зон реакций с восстановительной атмосферой (избыток воздуха меньше единицы), где образование N0 из азота топлива затруднено и восстановление оксидов азота идет до молекулярного азота.

Для снижения выбросов оксидов азота проводят следующие первичные или режимно-технологические мероприятия:

a) использование горелок с низким выбросом NОХ (снижение NОХ до 60 %);

b) ступенчатое сжигание топлива (снижение NОХ на 35 — 45 %);

c) ступенчатую подачу воздуха (снижение NОХ до 50 %);

d) рециркуляцию дымовых газов (снижение NОХ до 33 %);

e) впрыск воды (или водомазутной эмульсии) в ядро факела (снижение NОХ на 25-44 %);

f) комбинацию первичных мероприятий (снижение NОХ до 90 %).

Первичные мероприятия малозатратны и поэтому их применяют, прежде всего, для обеспечения нормируемых выбросов оксидов азота.

Использование горелок с низким выбросом NОХ

У горелок с низким выбросом NОХ, которые созданы в многочисленных вариантах, организована ступенчатая подача воздуха. Принцип работы такой горелки заключается в следующем. В ядро факела подается количество воздуха, недостаточное для обеспечения полноты горения (кислородный «голод»), в то время как во внешнюю зону горения подается избыточное количество воздуха, чтобы обеспечить полноту сгорания топлива. Кроме того, конструкция горелки позволяет поддерживать рециркуляцию воздуха внутри зоны горения.

Применение этих горелок дает возможность снизить выбросы оксидов азота от 50 % для угольных котлов до 60 % для газомазутных котлов, не ухудшая технико-экономические показатели котла.

Ступенчатое сжигание топлива

При ступенчатом сжигании топлива горелки в топке котла размещают в несколько ярусов (обычно три-четыре яруса). Подача воздуха (избыток воздуха) изменяется тоже поярусно. Например, при двухступенчатом сжигании нижний ряд горелок получает недостаточное для стехиометрического горения количество воздуха, а верхние ряды горелок, наоборот, получают избыточное его количество.

Читайте также:  Установка гнб ditch witch jt1220 mach1

Наилучший эффект дает трехступенчатое сжигание, прежде всего, на котлах с топками с жидким шлакоудалением, и особенно сжигание высокосернистых топлив при обеспечении минимальной газовой коррозии экранных труб.

Суть трехступенчатого сжигания состоит в том, что по высоте топочной камеры организуют три зоны. В первой (нижней) зоне топки сжигается основное количество топлива (70-85 %) при избытке воздуха близком к единице. На выход из зоны активного горения подается остальная часть топлива (15-30 %) и соответствующее количество воздуха с таким расчетом, чтобы суммарный избыток воздуха в ней составлял 0,9-0,95 (т.е. небольшой недостаток для полного сжигания топлива), благодаря чему в этой части топки создается зона с восстановительной средой, в которой продукты неполного горения (СО, Н2, Сnm) восстанавливают уже образовавшиеся окислы азота N0 до N2.

Рисунок 3.1 — Принципиальная схема трехступенчатого сжигания топлива в топке котла (α — избыток воздуха)

Выше этой зоны в верхней части топки организуется зона дожигания оставшихся продуктов неполного сгорания с участием третичного воздуха, подаваемого под повышенным давлением через специальные сопла (рис. 3.1).

Уменьшение выбросов оксидов азота при ступенчатом сжигании топлива в среднем составляет: при сжигании угля — до 40 %, при сжигании — мазута — до 35 %, при сжигании природного газа — до 45 %. Использование ступенчатого сжигания топлива в топке котла приводит к снижению технико-экономических показателей котла. Увеличивается избыток воздуха на выходе из топочной камеры, и при этом возрастает температура газов на выходе из топки в среднем на 4-5 °С, а КПД котла снижается на 0,2-0,5 %. Кроме того, несколько увеличивается расход электроэнергии на собственные нужды, что приводит к дополнительному снижению КПД котла нетто на 0,1-0,8 %.

Рециркуляция дымовых газов

Рециркуляция дымовых газов из конвективной шахты в тракт воздуха осуществляется, как правило, с помощью дополнительного дымососа рециркуляции газов (ДРГ) (рис. 3.2).

Для улучшения перемешивания газов рециркуляции с воздухом, который поступает в топочную камеру, устанавливают смесители. Доля ре-циркулирующих газов обычно не превышает 20 %. Благодаря рециркуляции дымовых газов снижаются концентрация кислорода в зоне горения топлива и температура горения.

Рисунок 3.2 — Принципиальная схема рециркуляции дымовых газов котла с использованием дымососов рециркуляции газов, где

ДРГ — дымосос рециркуляции газов;

РВП — регенеративный воздухоподогреватель;

Уменьшение выбросов NОХ при использовании данного метода может быть доведено:

— при сжигании мазута до 30 %;

— при сжигании природного газа до 33 %.

Технико-экономические показатели при этом заметно ухудшаются. Возрастает расход электроэнергии на собственные нужды (за счет привода дымососов рециркуляции газов). Кроме того, растет температура уходящих газов, что приводит к снижению КПД котла на 0,6 — 1,3 %.

Иногда рециркуляцию дымовых газов осуществляют на всасе дутьевых вентиляторов, если при этом имеется достаточный запас их производительности. Доля рециркуляции при этом обычно не превышает 10 %. В этом случае также возрастает температура уходящих газов и снижается КПД котла, возрастают затраты электроэнергии на собственные нужды из-за роста расхода электроэнергии на дутьевые вентиляторы.

Впрыск воды в ядро факела

Впрыск воды или ввод водомазутной эмульсии в ядро факела снижает максимальную температуру в нем и тем самым препятствует образованию термических оксидов азота. Этот способ применяется по большей части в период неблагоприятных метеорологических условий в районах с повышенной фоновой концентрацией вредных веществ. Количество впрыскиваемой в топку котла воды составляет около 10 % расхода топлива.

Этот способ снижает выбросы NОХ примерно на 25 % и одновременно снижает КПД котла приблизительно на 0,7 %. Эффективность впрыска воды в топку существенно уменьшается, если котел работает с рециркуляцией газов или в режиме ступенчатого сжигания топлива. По этой причине метод впрыска не получил широкого применения.

К вторичным мероприятиям по уменьшению выбросов NOx относятся Селективные системы очистки дымовых газов от NОХ.

Для очистки дымовых газов котлов от оксидов азота используют селективный некаталитический (СНКВ) и каталитический (СКВ) методы восстановления NОХ до молекулярного азота. В них в качестве восстановителя применяется аммиак. Некаталитические системы проще, их сооружение обходится не дороже замены горелок, а эффективность достаточно высока: выбросы оксидов азота снижаются на 40 — 60 %. Аммиак (аммиачная вода, карбамид) вводится в высокотемпературную (900 — 1100 °С) область газохода котла с газами рециркуляции, воздухом или паром. Сочетание технологических методов подавления оксидов азота с методом СНКВ при сжигании угля позволяет снизить концентрации оксидов азота в дымовых газах до 300 мг/м.

Читайте также:  Установка гбо в копейске в рассрочку

Важнейшей тенденцией является объединение этих двух технологий (СКВ и СНКВ). Этот процесс может осуществляться по следующей схеме: подача аммиака или мочевины в высокотемпературную зону (система СНКВ) приводит к частичному восстановлению NОХ и повышению содержания аммиака в дымовых газах. Путем добавления в газоходы небольшого количества катализатора за счет аммиака удается обеспечить дополнительное восстановление NОХ. Катализатор в этом случае размещают на поверхности воздухоподогревателя.

По сравнению с СКВ для системы СНКВ не нужны значительные инвестиционные затраты, однако эффективность этой системы очистки заметно ниже.

При необходимости с помощью СНКВ можно снизить выбросы NОХ по сравнению с первоначальными вдвое, а с помощью селективного каталитического восстановления (СКВ) в 5 — 10 раз.

При практической реализации системы СНКВ возникает ряд трудностей:

a) невозможно обеспечить оптимальную температуру дымовых газов по всему сечению газохода;

b) невозможно предотвратить изменение температуры в реакционной зоне при изменении нагрузки котла;

c) недостаточна протяженность реакционной зоны для обеспечения необходимого времени протекания реакции;

d) невозможно распределить аммиак по сечению газохода так, чтобы везде соотношение NН3/NОХ было близко к оптимальному.

Таким образом, эффективность очистки зависит от конструктивных особенностей котла и его размеров.

Система каталитического восстановления NОХ является наиболее эффективной и освоенной для уменьшения содержания оксидов азота в дымовых газах мощных паровых котлов.

Электронно-лучевой способ очистки дымовых газов от NOX

Электронно-лучевой способ (ЭЛС) основан на облучении дымовых газов потоком b-частиц (электронов). В результате протекания радиационно-химических реакций образуются реакционно-активные компоненты О — , ОН — , Н — 2. Они взаимодействуют с NОХ, в результате чего получаются более высокие оксиды азота (NО3), которые с водяным паром образуют пары азотной кислоты. При взаимодействии с аммиаком, который вводится в газоход до стадии облучения, получают твердый нитрат.

Этот способ позволяет улавливать до 90 % оксидов азота.

Достоинствами способа являются:

b) получение товарных продуктов;

c) возможность удобного размещения установки на действующих электростанциях.

К недостаткам ЭЛС следует отнести:

a) высокие капитальные затраты;

b) необходимость дополнительной очистки уходящих газов от твердых частиц нитрата аммония;

c) психологическое воздействие на людей понятия «радиационная защита».

За рубежом способ находится в стадии исследования.

Ввиду дороговизны данного способа, дополнительных эксплуатационных трудностей при работе с радиационно-опасным объектом строительство подобной установки в России в 1999 г. было приостановлено.

Диоксид азота является частью группы газообразных загрязнителей воздуха, полученных в результате дорожно-транспортных и других процессов сжигания ископаемого топлива. Его присутствие в воздухе способствует формированию и изменению других загрязнителей воздуха, например, озона и твердых частиц, а также кислотных дождей.

Парниковая активность закиси азота в 298 раз выше, чем у углекислого газа. Все оксиды азота физиологически активны, относятся к третьему классу опасности.

Выбросы оксидов азота с каждым годом увеличиваются, поэтому выработка и применение методов снижения эмиссий данного парникового газа актуальны на сегодняшний день.

В данной работе были рассмотрены различные способы снижения выбросов оксидов азота. К первичным(малозатратным) мероприятиям относятся: использование горелок с низким выбросом NОХ, ступенчатое сжигание топлива, ступенчатую подачу воздуха, рециркуляцию дымовых газов и впрыск воды. К вторичным мероприятиям относят способэлектронно-лучевой чистки дымовых газов и селективные системы очистки дымовых газов от NОХ.

Список используемой литературы

1. Амбросов Д.Б. Контроль удельных выбросов оксидов азота ; // Автореферат дисс. на соиск. уч. степ: к.т.н. М.: МГАВТ. — 2004г.

2. Горбунов В.В., Патрахальцев H.H. Токсичность двигателей внутреннего егорания: Учеб. пособие. -М.: Изд-во РУДН, 1998.

3. Беликов С.Е., Котлер В.Р. Малые котлы и защита атмосферы. Снижение вредных выбросов при эксплуатации промышленных и отопительных котельных; Изд-во Энергоатомиздат, 1996 г.

4. Росляков П.В., Ионкин И.Л., Закиров И.А. Контроль вредных выбросов ТЭС в атмосферу; Изд-во МЭИ, 2004 г.

5. Ходаков Ю.С. Оксиды азота и теплоэнергетика; Изд-во ООО «ЭСТ-М», 2001 г.

6. Котлер В.Р. Экологические характеристики котельного оборудования (оксиды азота в дымовых газах котлов: образование и методы подавления); Изд-во ИПК госслужбы, 2001г.

источник

Добавить комментарий