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

Магнитный способ очистки  теплообменного оборудования от отложений

Магнитный метод очистки воды заключается  в воздействии магнитных полей  на поток воды. В момент прохождения  воды в межполисном пространстве магнитного аппарата, при наличии  ферромагнетиков (например, частиц железа – прим. ред.) в пересыщенном по накипеобразователю растворе (воде) образуются зародыши центров кристаллизации, которые начинают расти, вызывая объемную кристаллизацию солей жидкости, в результате вместо накипи образуется тонкодисперсная взвесь, частицы которой, достигнув определенного размера, образуют шлам.

В качестве источника магнитного поля в аппаратах магнитной обработки  применяют как постоянные магниты, так и электромагниты.

Аппараты  по очистки теплообменного оборудования подразделяются на две группы:

1. для обработки подпиточной воды паровых котлов низкого и среднего давления(применяются постоянные магниты);
2. для обработки воды водогрейных котлов, теплосетей, систем оборотного охлаждения(используются электромагниты на постоянном и переменном токе).

Эффект, получаемый при использовании магнитного поля, определяется как параметрами  аппарата (магнитная индукция, скорость потока обрабатываемой воды, время  воздействия и т.п.), так и показателями качества обрабатываемой воды.

Данный  способ обработки воды и предотвращения образования накипи на поверхностях нагрева теплообменных аппаратов  широко применяется в методе магнитоимпульсной очистки реализованный в электромагнитных пульсаторах ПЭ (ТУ РБ 99009425.001-99). Суть метода состоит в воздействии на очищаемые поверхности переменного магнитного поля определенных оптимальных параметров по амплитуде, частоте, скорости нарастания и убывания, закона изменения во времени. Электронный блок формирует импульсный ток, поступающий на электромагнитные преобразователи. Переменное магнитное поле, создаваемое преобразователями, вызывает на поверхностях нагрева магнитострикционные колебания сдвига на межатомном уровне, приводящие к отслоению отложений. В результате происходит отслаивание, дробление, частичное превращение в сметанообразную массу солей накипи и частичное растворение ее намагниченной водой, что позволяет удалять ее из теплообменного оборудования в процессе продувок и дренирования.

Для аппарата необходимо напряжение питания  – 36 В. Максимальная мощность – 15 Вт. Напряженность  магнитного поля не более – 150 Эрстед. Применение нескольких электромагнитных пульсаторов позволяет защитить все теплообменное и теплоэнергетическое оборудование одной котельной, ЦТП и т.п. В результате проведенных испытаний в промышленных условиях было установлено, что начало разрушения и отслаивания отложений от стенок теплообменного и теплоэнергетического оборудования начинает наблюдаться после десяти суток работы электромагнитных пульсаторов. При последующем применение накипь опадает или превращается в сметанообразную массу, смываемую проточной водой.

Аппарат защиты от отложений устанавливается  на работающем оборудовании на весь срок эксплуатации и предназначен для  магнитной обработки воды с целью  разрыхления накипи и шлама и  препятствия в дальнейшем ее образования  на поверхностях нагрева теплоэнергетического и теплообменного оборудования (водогрейные  и паровые котлы, теплообменники и др.).

За  первый месяц работы эффективность  разрушения и отслаивания накипи на поверхностях нагрева теплообменного и теплоэнергетического оборудования с малым тепло напряжением - до 95%.

Использование электромагнитных пульсаторов позволяет  эксплуатировать теплообменное  и теплоэнергетическое оборудование с поддержанием его технико-экономических  показателей в нормативных пределах.

КАТАЛИТИЧЕСКАЯ  ОЧИСТКА ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ

На многих промышленных предприятиях, в результате проведения технологического процесса, происходит выброс в атмосферу  большого количества вредных веществ. Чаще всего эти выбросы содержат: монооксид и диоксид азота, монооксид углерода (угарный газ), органические вещества, которые делятся на:

• летучие органические соединения, в т.ч. продукты неполного  сгорания топлива,

• стиролы, альдегиды, кетоны (выбросы предприятий производящих полимеры),

• растворители - спирты, эфиры (в т.ч. ацетаты), толуол и другие производные  бензола.

Основными источниками загрязнения  воздушного бассейна являются: предприятия  органического синтеза, производители  каучука, резинотехнических изделий, обуви, предприятия производящие и потребляющие полимеры и смолы, предприятия производящие и потребляющие лаки, краски и органические растворители (кабельная, мебельная промышленность, полиграфия), дизельные установки, ТЭЦ и котельные и др.

Наиболее эффективные  способы очистки газовых выбросов в атмосферу от вредных веществ  основаны на использовании каталитических технологий, в которых процесс  очистки ведется на катализаторах. Наилучшими катализаторами являются композиции на основе благородных металлов, особенно платиновых.

Суть процесса очистки  газовых выбросов заключается в  том, что на катализаторе происходит окислительное или восстановительное  разложение токсичных примесей до безвредных - воды, азота, диоксида углерода.

Органические примеси  газовых выбросов и оксид углерода, как правило, в результате каталитического  окисления разлагаются до воды и  диоксида углерода.

Оксиды азота, наоборот, восстанавливаются  до азота.

Существуют более сложные  каталитические системы, в состав которых  входит не один, а несколько благородных  металлов, позволяющие одновременно вести процессы окисления и восстановления. Такие катализаторы применяются  для очистки газовых выбросов, содержащих сложные смеси токсичных  примесей.

Несмотря на относительно высокие первоначальные затраты, каталитический способ очистки имеет много преимуществ, в том числе и по сравнению  с термическим дожиганием (способ, применяемый для органических примесей). Во - первых, экономичность в эксплуатации:

• рабочая температура  каталитического процесса существенно  ниже температуры термического дожигания,

• более мягкие условия  эксплуатации оборудования, и как  следствие более длительный срок его службы,

• многолетняя устойчивость катализатора (зафиксирована работа катализатора очистки вентиляционных выбросов в цехе участка покрытия лаком эмальпровода (очистка от паров растворителя) в течении 28 лет),

• возможность регенерации  катализатора,

• возможность переработки  катализатора с целью извлечения драгоценных металлов.

Во - вторых, использование  каталитических технологий позволяет  проводить очистку газовых выбросов с низкой концентрацией вредных  веществ (порядка 50 ppm), что невозможно при использовании термических методов. Кроме того, устойчивая работа катализаторов и надежность каталитических установок проверены многими годами эксплуатации.

Принципиальное описание работы установки каталитической очитки газовых выбросов:

Отходящие технологические  газы, загрязненные оксидами азота, углерода, парами органических веществ и др. при помощи вентиляционной установки  направляются, через теплообменник  и камеру сгорания в блок каталитической очистки. Теплообменник и камера сгорания необходимы для нагрева  технологического газа до температуры  начала каталитической реакции. Блок каталитической очистки представляет собой цилиндрический аппарат емкостного типа, раз-деленным на три секции стальными газопроницаемыми сетками, на которых слоем (0,05 - 0,1) м насыпан катализатор. Технологический газ очищается от токсических примесей в результате протекания реакций каталитического окисления или восстановления после чего через межтрубное пространство теплообменника сбрасывается в атмосферу.

Весь технологический  процесс, в случае необходимости, оснащается устройствами автоматизированного  управления (контроля температуры потока, его скорости, температуры подогрева  и т.д.)

Учитывая возрастающие масштабы загрязнения окружающей среды и  высокую эффективность каталитических технологий при очистке промышленных газовых выбросов от вредных веществ приоритетным направлением деятельности Редкинского катализаторного завода (РКЗ) в последние годы становится разработка и производство катализаторов очистки газов.

Созданный в 1955 году РКЗ к настоящему времени вырос в крупное катализаторное производство, оснащенное современными технологиями и располагающее штатом высококлассных специалистов.

За истекшие годы на заводе были разработаны и выпущены десятки  различных высокоэффективных катализаторов газоочистки, в том числе и комплексного действия (т.е. очистка от нескольких компонентов). Завод занимает твердые позиции на рынке катализаторов очистки газов, поставляя свою продукцию крупнейшим предприятиями России - "Рудгормаш" г. Воронеж, "Уралкалий" Березники, "Северсталь" г. Череповец, Уфимскому НПЗ, "Пластик" г. Сызрань, - и других стран, в том числе Казахстана ("Казцинк" г. Усть-Каменогорск).

По итогам конкурса, проведенного в Москве в 1997 г., катализаторы очистки  выхлопных газов автомобилей, представленные РКЗ, были признаны лучшими, и крупная  партия была изготовлена для оснащения  автотранспорта г. Москвы.

В данной статье вниманию читателей  предлагается описание конкретного  примера каталитической технологии обезвреживания выбросов, многие годы применяемой на нефтеперерабатывающем  заводе в Уфе (Уфимский НПЗ).

На установке производится каталитическая очистка перед выбросом в атмосферу воздуха, поступающего с башен гранулирования дифенилолпропана.

Дифенилолпропан (ДФП) - это полупродукт для производства эпоксидных и фенольных смол, антиоксидантов, гербицидов.

ДФП - сильный яд, поражающий в первую очередь дыхательную  систему. Отравление ДФП приводит к  изменениям в бронхах, пневмонии, отеку  легких. В дальнейшем, происходят нарушения  функции печени и почек. Газовые  выбросы производства ДФП содержат ряд его изомеров и фенол, которые  являются еще большими ядами.

Общее содержание ДФП и  его изомеров в воздухе, направляемом на очистку после аппаратов гранулирования, достигает - 300 мг/м3.

Выбрасываемый в атмосферу  воздух должен быть очищен до уровня ПДК, составляющего 5 мг/м3 .

Обезвреживание газового выброса производится по технологии каталитического окисления - "дожига" органических веществ в воздушном потоке на слое катализатора.

Поступающий на очистку воздух содержит пыль и пары ДФП, его изомеров, фенолов.

Воздушный поток перед  каталитическим реактором разделяется  на три части и подогревается  до температуры 190ОС.

Нагрев ведется паром 30 атм. в кожухотрубных теплообменниках диаметром 0,75 и высотой 3 метра. Расчетная площадь теплообменников 83,5 кв.м.

После подогревателей воздух подается в реактор каталитической очистки.

Реактор представляет собой  аппарат диаметром 4,2 м, и высотой 5,1м.

Общий расход газа через  реактор 50 000 м3/час.

Подача газа производится в верхнюю часть реактора тремя  потоками, направленными по нормали  к окружности. Такая подача обеспечивает качественное смешение газа перед слоем  катализатора.

Катализатор расположен на полке в центральной части  аппарата. Высота слоя катализатора 500 мм. Общий вес загрузки 4 тонны.

Под катализатором находится  слой камня - голышника, служащего для придания системе инерционности к колебанию параметров процесса - прежде всего температуры.

Температура слоя катализатора составляет 200ОС, и её колебания не превышают +/- 2 ОС.

В реакторе предусмотрена  подпитка газового потока атмосферным  воздухом.

Продуктами каталитического  дожига (окисления) являются пары воды и углекислый газ. Содержание СО не превышает ПДК.

Контроль полноты очистки  ведется в цеховой лаборатории  по анализу проб выбрасываемого воздуха.

Главными особенностями  работы описываемой установки обезвреживания является следующее:

• Обезвреживаемые дифенилолпропан (ДФП) и его изомеры находятся в воздухе не в газообразном виде, а в виде пыли и, частично, капель.

• Процесс проводится при  относительно невысоких температурах (200ОС), что обеспечивает его невысокую  энергоемкость.

• Значительные объемные расходы  воздуха, поступающего на очистку, требуют  высокой активности катализатора, в  сочетании с его прочностью и  износостойкостью.

Все вышеперечисленные условия  предъявляют особые требования к  выбору катализатору.

На данной установке, стабильное и производительное проведение процесса обеспечивает катализатор марки  ШПК-05.

Этот катализатор, Редкинского завода (РКЗ), производится на основе специального шарикового носителя из активной окиси алюминия.

Катализатор ШПК-0,5 представляет собой гранулы сферической формы  диаметром 4 мм с нанесенным слоем  активного компонента - палладия. Содержание драгоценного металла (Рd) - 0,5%. Насыпная плотность катализатора 0.8 кг/дм3.

Производительность катализатора - или его "активность", связаны  не только с наличием в его составе  палладия, но и высокой удельной поверхностью, равной 120-140 м2/ на грамм. При этом катализатор сохраняет прекрасные механические свойства: износостойкость не менее 95% и прочность не менее 50 кг/см2. Благодаря своим эксплуатационным качествам, катализатор обеспечивает стабильную работу установки очистки в течение не менее 2 лет.

Описанный выше пример конкретного  применения каталитической очистки  выбросов от токсичных органических веществ на Уфимском НПЗ не уникален.

Технология "каталитического  дожига" является достаточно универсальной для решения экологических задач многих предприятий, имеющих схожие загрязнения. Она прошла многолетнюю проверку практикой, и может быть использована на самых различных предприятиях для очистки от разнообразных органических веществ.

Следующим примером использования  подобной технологии являлась установка  французской фирмы "Окси -Франс" работавшая на ОАО "Пластик" в городе Сызрань. Установка была запущена в 1975 году и предназначалась для очистки паро-воздушной смеси (ПВС) от содержащихся в ней органических растворителей. ПВС аспирировалась от участков приготовления полимерного матирующего лака и красок от печатно-лакировочной машины отделения нанесения печати. Все указанные участки относятся к производству пленок на основе поливинилхлорида и его смесей с АБС-пластиком.

Паро-воздушная смесь с температурой 25-30оС, содержащая пары растворителей (метилэтилкетон, циклогексанон, бутан-2-он) с помощью вентилятора подается в нагревательную камеру, температура в которой поддерживается за счет сжигания смеси пропан-бутан. В камере ПВС нагревается до 550оС и поступает в каталитический реактор, где в слое катализатора происходит интенсивное окисление паров растворителя. Каталитический реактор имеет 4 секции, куда загружается 2 тонны катализатора. Производительность установки 25000 м3/час. Очищенный горячий воздух поступает в рекуператор тепла, где температура снижается до 300оС. Далее в дымовую трубу высотой 40м, после чего рассеивается в атмосфере.

Первоначально в установке  использовался катализатор "Окси-Франс", который в 1983 году был заменен  на отечественный аналог П-4, производства Редкинского завода. Данный катализатор превосходил зарубежный по целому ряду параметров, в том числе и по степени очистки ПВС. Так средняя степень очистки по метилэтилкетону возросла на 12%, а по циклогексанону на 7% и составила 90-95%.

Катализатор П-4 представляет собой гранулы сферической формы  диаметром 4 мм с нанесенным слоем  активных компонентов - палладия, хрома  и меди. Содержание драгоценного металла (Рd) - 0,05%.

Насыпная плотность катализатора 0.8 кг/дм3.

Активность катализатора, так же как и в случае ШПК-05, объясняется с наличием в его  составе палладия и других металлов, а так же высокой удельной поверхностью, равной 120-140 м2/ на грамм.

При этом катализатор имеет  прекрасные механические свойства: износостойкость  не менее 95% и прочность не менее 50 кг/см2, что обеспечивает стабильную работу установки очистки в течение не менее 2 лет.

К сожалению, данная установка  в настоящее время не используется. Это связано с очень большим  потреблением топлива. Несмотря на проведенную  модернизацию: изменение конструкции  горелки, увеличение толщины футеровки  в печи, изменение конструкции  топочного устройства, узла сжигания и др, удельный расход газового топлива составляет 4,4 кг/1000м3ПВС