9655

111

ДЕНОКС [40] датской фирмы Хальдор Топсе (рис. 3.28). В качестве восстановителя могут быть использованы аммиак или аммиачная вода.

Рис. 3.28. Технология каталитической очистки дымовых газов фирмы «Топсе»

Катализатор ДЕНОКС (DЕNОХ) имеет монолитную структуру, т.е. состоит из блоков катализатора с большим количеством параллельных каналов, стенки которых каталитически активны. Таким образом, вероятность засорения катализатора пылью сведена к минимуму, а перепад давления на катализаторе поддерживается на низком уровне.

Катализатор изготавливается в стандартных кассетах двух типов размером 466×466×570 мм и 466×466×332 мм соответственно на основе ТiO2. Для более легкого монтажа кассеты предварительно собираются в укрупненные модули. Температура нормальнойэксплуатациикатализатора DЕNОХ=(300–450)°С.

Эта очистка введена в эксплуатацию на котле ТГМЕ–464 ТЭЦ–27 АО «Мосэнерго» в июне 1997 г., а в 2008 г. установлена на Дзержинской ТЭЦ Нижегородской области. В качестве восстановителя оксидов азота используются аммиак или аммиачная вода. Испытания показали высокую надёжность системы и высокую эффективность, позволяющую обеспечить концентрации оксидов азота на выходе 25 мг/м3. Степень очистки дымовых газов от оксидов азота составила более 90%.

Для снижения стоимости установки предлагается вместо импортных

112

DENOX использовать отечественные: реактор НИИОГАЗ и катализаторы АОК–78–55 и АОК–78–55КМ, которые были специально разработаны Новосибирским предприятием ОАО «Катализатор» для селективного каталитического восстановления.

3.2.2. Термическое обезвреживание оксида углерода, сажи, бенз(а)пирена в выбросах промышленных котлов

Оксида углерода, сажи и бенз(а)пирен являются продуктами химической неполноты сгорания различных видов топлива (см. раздел 1.2). Следовательно, для их устранения необходимо обеспечить в топочной камере условия для полного сгорания топлива. Для поддержания оптимальных параметров работы котлов в процессе их эксплуатации проводятся периодически режимноналадочные испытания (сведения о режимно-наладочных испытаниях котлов приведены в разделе 3.1.4).

Однако в последние годы появился ряд методов снижения оксидов азота, последствием которых является снижение теплотехнических показателей котлов, в том числе появление неполноты сгорания. Обеспечить полноту сгорания топлива при использовании методов подавления оксидов азота позволит специальная установка дожигательных устройств на выходе из топочной камеры.

Использование дожигательных устройств

Кафедрой Теплогазоснабжения ННГАСУ c 1972 г. проводятся исследования метода дожигания горючих токсичных веществ, в том числе в производственно–отопительных котельных [41]. Разработан ряд конструкций дожигательных устройств, отличающихся по принципу установки: стационарные дожигательные устройства (ДУ), подвесные ширмовые – ДШУ, кассетно–блочные КДУ.

Простейшее стационарное дожигательное устройство представлено на рис. 3.29 и рис. 3.30. Оно представляет собой два ряда раскалённых огнеупоров с камерой смешения между ними (см. план котла рис. 3.29).

Дожигательное устройство позволяет осуществить контакт раскалённых

113

поверхностей с топочными газами и обеспечивает высокую степень турбулизации потока продуктов сгорания топлива. За счёт гомогенизации продуктов неполного сгорания с избыточным воздухом в зоне раскалённых огнеупоров происходит интенсивное выгорание монооксида углерода, сажи, бенз(а)пирена.

Рис. 3.30. Разрезы котла ДКВР-10-13 с размещением ДУ:

а – 1-ый ряд дожигательного устройства; б – 2-ой ряд дожигательного устройства 1 – кирпичная кладка; 2 – экранные трубы.

Характеристика конструкций ДУ для различных марок котлоагрегатов типа ДКВр представлена в табл. 3.4. Установка ДУ позволяет:

– устранить потери теплоты с химическим недожогом q3 ввиду полного обезвреживания компонентов (СО, сажи, БП) продуктов неполного сгорания;

114

–снизить потери теплоты с уходящими продуктами сгорания q2 ввиду эффективной работы котла с меньшими избытками воздуха в топочной камере;

–снизить плату за загрязнение воздушного бассейна в связи с устранением сажи, оксида углерода, бенз(а)пирена на 99% и более.

Таблица 3.4

Характеристика дожигательных устройств в котлах ДКВР

Многолетние испытания стационарных дожигательных устройств на внедренных установках показали:

– при сжигании природного газа и наличии оксида углерода в продуктах сгорания в пределах (0,05–0,2)% оказалось достаточным дожигательное

115

устройство из двух шамотных решеток с живым сечением (0,4–0,45);

–при сжигании мазута резко увеличивается (на 2 порядка и более) образование сажи и бенз(а)пирена (см. табл. 3.5). Это вызывает необходимость увеличения контактирующей поверхности ДУ и снижение его живого сечения до величины 0,3–0,38;

–при установке дожигательных устройств достигается полнота сжигания топлива (газа и мазута) в широком диапазоне тепловых нагрузок и коэффициентов избытка воздуха (значение концентраций СО, сажи бенз(а)пирена не превышают ПДК в атмосферном воздухе);

–достигнута работа котлов, оснащенных дожигательными устройствами, без химического недожога (q3=0 и снижение q2) при малых коэффициентах избытка воздуха (αт = 1,03–1,05 при сжигании природного газа и αт = 1,05–1,08 при сжигании мазута). Работа с такими избытками воздуха без ДУ обуславливала потери тепла от химической неполноты сгорания q3 от 5 до 7%.

В результате снижения коэффициента избытка воздуха в топке:

–повысился КПД котлов и КИТ на (1–3)% в зависимости от паропроизводительности котла и режима работы;

–уменьшился расход топлива: природного газа – в среднем на 2%, высокосернистого мазута – на 3%;

–снизился общий объём выбросов на 20–30% (в пересчете на 1 т пара).

116

Кроме того, установка дожигательных устройств способствовала интенсификации теплопередачи в топке за счёт:

–излучения кладки, размещенной в камере догорания, на топочные экраны и первый ряд конвективного пучка;

–увеличения степени заполнения топки и камеры догорания продуктами сгорания (влияние рециркуляционных зон решеток).

К положительным сторонам системы дожигания относится и более устойчивая циркуляция, особенно в трубках первого ряда конвективного пучка (за счёт излучения кладки). Опрокидывание циркуляции не наблюдалось и в периоды работы котла на пониженных нагрузках.

Следует отметить роль ДУ как аккумуляторов тепловой энергии. При повышенных тепловых нагрузках кладка разогревается, а при переходе к минимальной паропроизводительности отдает теплоту газам, имеющим температуру (700–800)ºС, способствуя полноте дожигания токсичных компонентов и повышая КПД котла и КИТ. Аэродинамическое сопротивление двух решеток не превышает (100-200)Па.

Проведенные исследования [41] показали, что при установке ДУ решение задачи защиты воздушного бассейна от канцерогенов и других токсичных веществ сочетается с повышением экономичности котлов, их эффективности и сопровождается экономией топлива. Длительный опыт работы котлов с насадками свидетельствует, что реконструкция не вызывает нарушений работы котла, эксплуатационных затруднений.

Применение дешевого и доступного материала – шамота в температурной зоне 1000ºС эффективна и перспективна, так как шамотные огнеупоры работают устойчиво, прочность кладки достаточна. Отложения золы незначительны; оплавления или ошлакования огнеупорных поверхностей дожигательного устройства не наблюдалось.

Для дожигателей, выполненных из других материалов, температура обезвреживания снижается и составляет: для шамотов ША и ШЛА – (780– 820)°С, керамзита – (760–780)°С; хромомагнезита – 710 °С.

118

в безвредные вещества. Выделяющееся в ходе реакции тепло служит для нагрева очищаемого газа, что обеспечивает автотермичность процесса. Периодический реверс газового потока позволяет создать в центре слоя катализатора высокотемпературную зону реакции (300-600 °С), а торцевым слоям инертного материала отводится роль регенераторов тепла.

Более 80 установок на основе РЕВЕРС-ПРОЦЕССА производительностью от 500 до 100 000 м3/ч работают на предприятиях России, стран СНГ, США, Болгарии, Японии, Австралии

3.2.3. Сорбционные методы очистки продуктов сгорания

Сорбционные методы в целом разделяют на адсорбцию и абсорбцию. Адсорбционный метод основан на физических свойствах некоторых

твердых тел с ультрамикроскопической структурой выборочно извлекать отельные компоненты из газовой смеси и удерживать их на своей поверхности (подробно рассмотрен в разделе 4.2.2, так как преимущественно используется в промышленных установках).

Абсорбционный метод [29] основан на диффузии (молекулярной и турбулентной) газообразных примесей к поверхности раздела газ-жидкость и на их переходе в жидкую фазу.

Как адсорбция, так и десорбция могут быть связаны с прохождением реакции в сорбционном слое, в этом случае следует говорить о хемосорбции.

Сорбционные процессы разделяются на необратимые и обратимые, сухие и мокрые. В необратимых процессах образуются твердые отходы, которые затем удаляются. Поэтому в таких процессах необходим непрерывный приток новых реагентов. В обратимых процессах химическое вещество, которое обеспечивает удаление вредного вещества, непрерывно реагирует в замкнутой системе.

Мокрый и сухой процессы отличаются по признаку: находится ли активное вещество в жидком растворе или нет.

В качестве эффективного оборудования в установках абсорбционной очистки используются насадочные аппараты, так как в насадках обеспечивается

119

лучший контакт обрабатываемых газов с абсорбентом, чем в полых распылителях, благодаря чему интенсифицируется процесс массопереноса и уменьшаются габариты очистных устройств. Насадочный аппарат и распространенные типы насадок показаны на рис. 3.32 [29].

Рис. 3.32. Насадочный абсорбер:

насадки: а – седлообразные "Инталокс", б – седлообразные Берля, в – кольца Палля, г– кольца Лессига, d – кольца Рашига

Максимальную поверхность контакта на единицу объема образуют седлообразные насадки "Инталокс" (а) и Берля (б). Они имеют и минимальное гидравлическое сопротивление, но стоимость их выше, чем колец. Из кольцевых насадок наилучший контакт создают кольца Палля (в), но они сложны в изготовлении и дороже колец Лессига (г) и Рашига (д).

Начальная равномерность распределения абсорбента достигается посредством ее диспергированной подачи на поверхность насадки через распылительные форсунки или распределительные тарелки с большим числом отверстий. Высоту насадки делят на несколько слоев (ярусов), устанавливая между ними перераспределительные устройства. Для этой цели могут использоваться сетчатые или перфорированные диски (тарелки).

Сорбционные методы очистки продуктов сгорания от оксидов серы

Адсорбционная очистка продуктов сгорания от оксидов серы. Метод

сухой очистки дымовых газов от SO2 (адсорбция) осуществляется

120

активированным оксидом марганца. Последний получается путем обработки сульфата марганца аммиаком по реакции:

MnSO4 + 2NH3 + H2O + 0,5O2 ↔ MnO2 + (NH4 )2SO4 (3.18) Тонко размолотый оксид марганца подается в дымовые газы, где реагирует с SO2 с образованием сульфата марганца. Часть выделенного в пылеуловителях абсорбента возвращается на очистку дымовых газов, другая – на регенерацию. Образующийся при регенерации сульфат аммония может использоваться в качестве удобрения. Степень очистки от SO2 по этому способу

составляет около 90%.

Абсорбционные методы очистки выбросов от оксидов серы

Абсорбционные методы очистки выбросов от SO2 основаны на использовании следующих абсорбентов: известковый (суспензия СаО); содовый (раствор соды Na2CO3); аммиачный (водный раствор(NН4)2SO3); магнезитовый (суспензия МgО); цинковый (суспензия ZnO);

Использование воды в качестве промывающей жидкости не позволяет добиться высокой степени очистки, она зависит от щелочности исходной воды. Чтобы увеличить степень очистки используют окислительно-сорбционные процессы, то есть сначала используют катализ или озонирование, чтобы окислить SO2 до SO3, а затем осуществляют сорбцию водой.

Процессы, связанные с очисткой газов от SО2, можно разделить на нециклические и циклические. В нециклических процессах реагент не регенерируется. В циклических процессах наряду с регенерацией реагента получают сернистые соединения (товарный продукт): диоксид серы высокой концентрации, серную кислоту, элементарную серу, сульфат аммония.

Ниже представлены сорбционные схемы очистки, в том числе с получением товарного продукта. В настоящее время они применяются в энергетических котлах, но с повышением фоновых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе будут востребованы и в крупных котельных. Получение товарного продукта приведет к удешевлению метода очистки.