Способы очистки выхлопов теплоэнергетических установок от CO, NOx зависимость от избытка кислорода

Бытовые и производственные энергопотребности удовлетворяются

следующими видами энергии:

- тепловой (технологические  процессы, отопление, кондиционирование

воздуха),

- электрической (привод  машин, электроаппаратуры, освещение),

- электромагнитной (радиосвязь, телефонная связь, телевидение, приборы).

Наиболее универсальная - электрическая энергия, обеспечивающая

потребность в электромагнитной и в значительном количестве в тепловой

энергии. До настоящего времени  большая часть энергопотребления

покрывается за счет непосредственного  сжигания органического топлива  в

печах.

Предприятия, вырабатывающие электроэнергию на базе органического

топлива, называются тепловыми  электростанциями (ТЭС). При сжигании

топлива химическая энергия  превращается в тепловую энергию  пара, которая

затем в паровой турбине  переходит в механическую энергию, а

турбогенератор делает ее уже электрической. Тепловой КПД  обычной ТЭС

весьма низкий - 37-39%. Почти 2/3 тепловой энергии и остатков бывшего

топлива в буквальном смысле вылетают в трубу, нанося вред окружающей

среде.

На производство электроэнергии тепловыми электростанциями

расходуется менее четверти всех добываемых горючих ископаемых,

остальная часть расходуется  в основном на получение промышленной и

бытовой тепловой энергии. Предприятия, вырабатывающие как

электрическую, так и тепловую энергию, называются

теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Электрическая энергия ТЭЦ подается в

электросеть, а тепловая - в теплопроводы.

При сжигании органического  топлива в топках промышленных и

коммунальных котлоагрегатах и теплогенераторах производится тепловая

энергия (водяной пар или  горячая вода на отопление или  горячее

водоснабжение). Котельные  установки, предназначенные для  снабжения

паром предприятий, принято  называть производственными котельными; в

случае, когда котельная вырабатывает пар и нагревает воду для предприятия

и нужд отопления, ее называют производственно-отопительной; и когда

котельная установка сооружается  лишь для потребностей отопления  и

горячего водоснабжения, ее называют отопительной. Представленные

3котельные могут быть  различной мощности: различают котельные  с

паропроизводительностью до 30 т/ч и выше 30 т/ч.

Тепловые электростанции и теплоэлектроцентрали, вырабатывающие

электрическую и тепловую энергию на базе сжигания органических видов

топлива, оказывают значительное отрицательное воздействие на

окружающую среду. С дымовыми газами электростанций в воздушный

бассейн выбрасывается большое  число твердых и газообразных

загрязнителей, среди которых  такие вредные вещества как зола, оксиды

углерода, серы и азота. Помимо этого в воздушный бассейн  попадает

огромное количество диоксида углерода и водяных паров.

Объемы вредных выбросов ТЭС в атмосферу для примера  можно

характеризовать данными  материального баланса угольной ТЭС мощностью

2400 МВт, работающей на  угле типа донецкого антрацитового  штыба (рис. 

1). На такой ТЭС в час сжигается до 1060 т угля (калорийностью порядка

22,7 МДж/кг, зольностью 23 %, сернистостью 1,7 %), из топок котлов

удаляется 34,5 т/ч шлака  и из бункеров электрофильтров (очищающих

дымовые газы от золы на 99 %) - 193,5 т/ч уловленной золы. Уловленная зола

и шлак в количестве 228 т/ч  попадают в золоотвал электростанции, засоряя и

загромождая огромные территории. При этом часовой выброс дымовых  газов

составляет около 8 млн. м

3

, содержащих 2350 т углекислого газа, 251 т

водяных паров, 34 т сернистого ангидрида, 9,3 т оксидов азота, 2 т  летучей

золы (при эффективности  золоуловителей 99 %).

Рис. 1. Материальный баланс угольной ТЭСмощностью 2400 МВт

При сжигании твердого, жидкого  и газообразного топлива вся  егомасса превращается в отходы, причем количество продуктов сгорания в

несколько раз превышает  массу использованного топлива  за счет включения

азота и кислорода (в 5 раз - при сжигании газа, в 4 раза - угля).

Существенное влияние  на состав образующихся вредных веществ  при

сжигании топлива оказывают: 1) его вид; 2) режим горения.

1) На тепловых электростанциях  используется твердое, жидкое и

газообразное топливо.

Твердое топливо

В качестве твердого топлива  в теплоэнергетике используют угли

(бурые, каменные, антрацитовый  штыб), горючие сланцы и торф.

Горючая часть топлива  включает органическую, состоящую из

углерода, водорода, кислорода, органической серы, и неорганическую части

(в состав горючей части  топлива ряда месторождений входит  пиритная сера

FeS2).

Негорючая (минеральная) часть  топлива состоит из влаги и  золы.

Основная часть минеральной  составляющей топлива переходит  в процессе

сжигания в летучую  золу, уносимую дымовыми газами. Другая часть в

зависимости от конструкции  топки и физических особенностей

минеральной составляющей топлива  может превращаться в шлак.

Зольность отечественных  углей колеблется в широких пределах (10—

55 %). Соответственно изменяется  и запыленность дымовых газов,  достигая

для высокозольных углей 60—70 г/м

3

.

Химический состав золы твердого топлива достаточно разнообразен.

Обычно зола состоит из оксидов кремния, алюминия, титана, калия, натрия,

железа, кальция, магния. Кальций  в золе может присутствовать в  виде

свободного оксида, а также  в составе силикатов, сульфатов  и других

соединений.

Более детальные анализы  минеральной части твердых топлив

показывают, что в золе в небольших количествах могут  быть и другие

элементы, например, германий, бор, мышьяк, ванадий, марганец, цинк, уран,

серебро, ртуть, фтор, хлор. Микропримеси перечисленных элементов

распределяются в различных  по размерам частиц фракциях летучей  золы

неравномерно, и обычно их содержание увеличивается с уменьшением

размеров этих частиц.

В составе золы твердых  видов топлива могут присутствовать

радиоактивные изотопы калия, урана и бария. Эти выбросы  практически не

влияют на радиационную обстановку в районе ТЭС, хотя их общее

количество может превышать  выбросы радиоактивных аэрозолей  на АЭС той

же мощности.

Твердое топливо может  содержать серу в следующих формах:

колчедана Fe2

S и пирита FeS2, в составе  молекул органической части топлива

и в виде сульфатов в  минеральной части. Соединения серы в результате

5горения превращаются  в оксиды серы, причем около  99 % составляет

сернистый ангидрид S02.

Сернистость углей в зависимости от месторождения составляет 0,3—

6,0 %. Сернистость горючих сланцев достигает 1,4—1,7 %, торфа—0,1 %.

Жидкое топливо

В качестве жидкого топлива  в теплоэнергетике применяются  мазут,

сланцевое масло, дизельное  топливо.

В состав золы мазута входят пентаоксид ванадия (V2

О5), а также Ni2

O3,

А1203, Fe2

O3, SiO2, МgО и другие оксиды. Зольность мазута не превышает 0,3

%. При полном его сгорании  содержание твердых частиц в  дымовых газах

составляет около 0,1 г/м

3

, однако это значение  резко возрастает в период

очистки поверхностей нагрева  котлов от наружных отложений.

В жидком топливе отсутствует  пиритная сера (FeS2). Сера в мазуте

находится преимущественно  в виде органических соединений, элементарной

серы и сероводорода. Ее содержание зависит от сернистости нефти, из

которой он получен.

В мазуте, сжигаемом в  котельных и на ТЭЦ, содержится много

сернистых соединений. После  его сгорания образуется диоксид  серы,

являющийся причиной выпадения так называемых кислотных дождей.

Предотвратить вредное воздействие  кислоты на здоровье людей, жизнь

животных и растительный мир, особенно при сверхнормативной ее

концентрации, можно при  внедрении эффективных технологических  схем по

обессериванию мазутов. При переработке высокосернистой нефти только 5—

15 % серы переходит в  дистилляционные продукты; остальная  часть серы

остается в мазуте, сжигание которого в больших количествах  на установках

НПЗ и крупных ТЭЦ, расположенных  вблизи них, связано с большой

концентрацией сернистых  соединений в отходящих дымовых  газах.

Топочные мазуты в зависимости  от содержания в них серы

подразделяются на малосернистые - содержание серы Sp < 0,5 %, сернистые

S

p = 0,5-2,0 % и высокосернистые  Sp > 2,0 %.

Дизельное топливо по содержанию серы делится на две группы:

первая—до 0,2 % и вторая—до 0,5 %. В сланцевом масле содержание серы

не более 1 %.

Газообразное топливо  представляет собой наиболее “чистое”

органическое топливо, так  как при его полном сгорании из токсичных

веществ образуются только оксиды азота. При неполном сгорании в

выбросах присутствует оксид  углерода (СО).

ТЭС на природном газе значительно экологически чище угольных,

мазутных и сланцевых, но нельзя забывать о вреде, который наносит природе

добыча газа и прокладка  тысячекилометровых трубопроводов, особенно в

северных районах страны, где сосредоточены месторождения  газа (ущерб

тайге, тундре, оленеводству).

В составе загрязняющих веществ, характерных для объектов газовой

промышленности, обычно выделяют сероводород H2

S. Природные газы

могут быть бессернистыми или содержать значительные количества

сероводорода. Добыча и переработка  сероводородсодержащих газов,

токсичность и летучесть  компонентов которых выше, чем у нефти,

сопровождается выделением больших количеств H2

S в атмосферу и является

более опасной по загрязнению воздуха и других экологических объектов по

сравнению с природным  газом, свободным от сероводорода. В  процессе

переработки газов, содержащих Н2

S, происходит разрушение и износ

оборудования, в результате чего выделяются в окружающую среду  в опасных

объемах сероводород и  сопутствующие ему токсичные сернистые, азотные и

другие соединения.

Природные газы различаются  содержанием сероводорода. Например,

природные газы Оренбургского  месторождения содержат 4-6 %

сероводорода, астраханского - 25 %. В Канаде эксплуатируются газовые

месторождения с содержанием  сероводорода до 50 %. Газы

нефтепереработки могут  содержать от 0,5 до 15 % сероводорода.

Требования к степени  очистки зависят от назначения газа. При очистке

газа, выбрасываемого в атмосферу, содержание сероводорода должно

соответствовать ПДК. При  очистке технологических газов  содержание

сероводорода регламентируется требованиями процессов дальнейшей

переработки. Сероводород, выделяемый при очистке, перерабатывают в

элементарную серу или  серную кислоту. Методы очистки от сероводорода

можно разделить на две  основные группы: сорбционные методы и методы