Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Постанова проблеми. Рівень інвестицій, з однієї сторони, та характер підготовки педагогічних кадрів, – з іншої, визначають якість формування наступни...полностью>>
'Доклад'
Учреждение обеспечивает воспитание, обучение и развитие, а также присмотр, уход, оздоровление детей- сирот и детей, оставшихся без попечения родителе...полностью>>
'Документ'
Кожна наука має свій предмет дослідження. Так, педа­гогіка вивчає проблеми виховання, навчання й освіти на різних сходинках розвитку особистості; пси...полностью>>
'Конспект'
Согласно хронологии майя, современная эпоха началась 12 августа 3114 года до н.э. и будто бы должна завершиться 22 декабря 2012 года н.э. К этому врем...полностью>>

Московский государственный открытый университет Научно-образовательный материал (2)

Главная > Реферат
Сохрани ссылку в одной из сетей:

Московский государственный открытый университет

Научно-образовательный материал

«Новые передовые экологически ориентированные технологии для создания экологически чистых тепловых электростанций»

Состав научно-образовательного коллектива:

  1. Шевердяев О.Н., проф., д.т.н. – руководитель коллектива

  2. Крынкина В.Н., доц., к.т.н.

  3. Дроздова Т.Е., проф., к.б.н.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

1.

Научно-образовательный материал «Новые передовые экологически ориентированные технологии для создания экологически чистых тепловых электростанций»

Введение

3

1.1

Основные источники вредных выбросов оксидов азота и серы, углекислого газа в атмосферу

4

1.2

Новые передовые экологически ориентированные технологии для снижения вредных выбросов оксидов азота и серы, углекислого газа и летучей золы на тепловых электростанциях

9

1.2.1

Технологии для снижения выбросов оксидов азота на угольных тепловых электростанциях

9

1.2.2

Технология для снижения выбросов оксида серы на угольных тепловых электростанциях

19

1.2.3

Технологии для улавливания углекислого газа на угольных тепловых электростанциях

29

1.2.4

Улавливание летучей золы (твердых частиц) на угольных тепловых электростанциях

30

1.2.5

Технология очистки дымовых газов мусоросжигающих котлов

34

Заключение

42

Список литературы

42

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время объем допустимого воздействия человека на биосферу превышен в 8 – 10 раз. Нарушен баланс между воздействием на природную среду и ее возможность к саморегулированию. В окружающую среду выбрасываются тысячи тонн веществ, которые ей совершенно не свойственны; накоплены миллиарды тонн твердых отходов, которые практически не перерабатываются, а складируются при этом зачастую на плодороднейших землях. Для установления равновесия в окружающей среде технологические процессы должны обеспечивать возврат исходного сырья путем утилизации производственных и бытовых отходов. В настоящее время проблема организации производства с переработкой отходов с последующей их утилизацией является наиболее актуальной, как с экологической, так и экономической точки зрения. При разработке новых технологических процессов необходимо уже на начальных стадиях оценить возможность ликвидации и утилизации, неизбежно возникающих отходов, которые по запасам и свойствам можно классифицировать, как техногенные месторождения

Важным условием природоохранной деятельности является объективная оценка тепловой электростанции как экологического фактора, воздействующего на окружающую среду и поэтому представляющей экологическую опасность. Одной из основных задач отечественной энергетики становится создание экологически чистой ТЭС, что потребует решения важных проблем: переработку и утилизацию золоотходов и их применение в композиционных материалах разного назначения; ограничение выбросов в атмосферу. Это в свою очередь потребует разработку и внедрение (интеграцию) новых передовых экологически ориентированных технологий и замену изношенного оборудования новым экологически усовершенствованным оборудованием. Важно отметить, что разработанные и внедренные технологии переработки золоотходов и очистки дымовых газов могут быть использованы практически всеми угольными ТЭС РФ.

Однако выполнение такой экологической программы с учетом требования экологического законодательства РФ для действующих и вновь вводимых предприятий потребует значительного объема дополнительных инвестиций.

Поэтому российской электроэнергетике необходимо решать экологические проблемы отрасли с учетом сложившихся в настоящее время условий и с пониманием того, что в течение 5-10 лет радикальное изменение технологии энергетического производства и полная замена существующего оборудования весьма проблематичны. В то же время экологически чистую ТЭС необходимо создавать в настоящее время. Экологически чистая ТЭС будет решать основную задачу – выработку тепловой и электрической энергии и не будет загрязнителем атмосферы.

    1. Основные источники вредных выбросов оксидов азота и серы, углекислого газа в атмосферу

Известны основные источники токсичных выбросов в атмосферу:

  1. ТЭЦ и котельные;

  2. промышленные предприятия – химическая промышленность, производство полимерных материалов и изделий, металлургия, мебельные и др.;

  3. дизельные установки (дизельные электростанции и генераторы, дизели судов и тепловозов, тяжелая горная техника);

  4. выхлопные газы автомобилей.

В продуктах сгорания топлива (угля, нефти, газа, дров), в выбросах химических, нефтеперерабатывающих, металлургических заводов, автомобильного транспорта содержатся:

- оксиды азота (окись азота NO, диоксид азота NO2, закись азота N2O);

- углерод образует с кислородом диоксид углерода СО2 и окись углерода СО;

- диоксид серы (SO2);

- углеводороды (СхНу).

В продуктах сжигания хлорсодержащих продуктов содержатся диоксины

Cl O Cl

OO

Cl O Cl

Образующиеся диоксиды азота, серы, взаимодействуют с влагой воздуха и превращаются в кислоты:

а) 2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2

азотная азотистая

кислота кислота

3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO

4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3

Слабая азотная кислота постепенно разлагается с выделением монооксида NO и превращается в HNO3:

3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O

Монооксид азота окисляется до NO2:

2NO + O2 = 2NO2

Диоксид азота разлагается под действием света (ионизирующих излучений) на монооксид азота и атомарный кислород, который с О2 воздуха образует азон:

NO2 hv NO + O; O + O2 = O3

б) 2SO2 + O2 = 2SO3 ; SO3 + H2O = H2SO4

сернистый серный серная

ангидрид ангидрид кислота

Таким образом, появление в атмосфере диоксидов азота – NO2 и серы – SO2 приводит к образованию азотной и серной кислот, которые с дождями выпадают на землю («кислые дожди»). Если рН дождевой воды ≤ 5 ÷ 6 – она называется кислотной водой (при рН = 3 ÷ 4 – это столовый уксус).

в) Влияние хлорсодержащих соединений: озоновая оболочка химически неустойчива и может утончаться под действием фретнов - фторуглеродных соединений, например дифтордихлорметана CCl2F2:

фотодиссоциация

СCl2F2 под действием солнечного СClF2 + Cl

излучения h

Атомы хлора далее взаимодействуют с О3.

Толщина слоя озона, находящегося в атмосфере, всего 3мм; причем наибольшая конденсация О3 наблюдается на высоте 15 – 25км – на этой высоте солнечная радиация (h) «дробит» молекулы кислорода О2 на атомы, которые и образуют озон:

hv

O2 20; O2 + O = O3.

В стратосфере при минус 60оС озон может превращаться в твердое соединение газов с водой: О3 . 5,7 Н2О – так называется клатрат, который механически выносит О3 из стратосферы. В слоях, близких к поверхности земли, где температура выше, клатрат распадается на О2 и Н2О.

В таблице 1.1 приведены удельные выбросы СО2, СО, NOx, SOx

Таблица1.1. Удельные выбросы основных компонентов отходящих газов при сжигании органического топлива, кг/т.

Загрязняющее вещество

Уголь

Природный газ

бурый

каменный

СО2

3200-3300

2600-2700

1600-1700

СО

14-55

14-55

3-7,5

NOx

4,0-6,0

2,5-7,5

1,3-4,5

SOx

5,0-25,0

1,5-8,0

1,4-4,4

Твердые частицы

70-100

60-80

До 0,1

Примечание. Разброс значений удельных выбросов связан с разным химическим составом топлива и применением различных методик расчета.

Установлено, что основным источником образования NOх при сжигании являются азотсодержащие соединения топлива, которые в процессе выхода и горения летучих превращаются в NO и NO2.

Важной задачей угольных ТЭС являются разработка и внедрение эффективных и экономичных современных технологий подавления эмиссии NOx, выбросов оксидов серы, углекислого газа для обеспечения нормированных показателей газообразных выбросов в атмосферу с уходящими газами электростанций, а также для улавливания летучей золы (твердых частиц).

Подготовка России к вступлению во Всемирную торговую организацию (ВТО) обязывает отечественную энергетику производить экологически чистую электроэнергию. В это понятие вкладывается, в первую очередь, необходимость глубокой очистки продуктов сгорания от летучей золы, оксидов азота, диоксида серы (SiO2), загрязняющих окружающую природную среду.

В Российской федерации на долю угольных тепловых электростанций в 2005 г. приходилось 27,7% сожженного условного топлива. С намеченным изменением топливного баланса в энергетике относительная доля угля к 2015 г. должна увеличиться до 34,9% при одновременном количественном росте потребления этого топлива с 68,44 млн. т условного топлива в 2001 г. до 122,30 млн.т условного топлива в 2015 г.

Поэтому проблема снижения выбросов диоксида серы с дымовыми газами угольных ТЭС является для отечественной энергетики весьма актуальной

Промышленные отходы тепловых электростанций. В настоящее время в год сжигается около 2,4 млрд.т. каменного угля и 0,9 млрд.т. бурого угля.

150 ТЭЦ РФ, работающие на твердом топливе, дают ежегодно более 55 млн.т. золошлакового материала, складируемого в специальные намывные гидротехнические сооружения – золошлакоотвалы. В настоящее время в золошлаковых отвалах ТЭЦ РФ скопилось примерно 1,2 млрд.т. отходов, а их площадь достигла около 20 тыс.га. Золоотвалы являются источником загрязнения окружающей среды: а) пылевыделение загрязняет атмосферный воздух и почву; б) грунтовые и поверхностные воды загрязняются фильтрующейся через грунты основания и дамбу водой прудов – отстойников. В Москве и Московской области накопилось более 60 млн.т. золошлаковых отходов. Для сравнения: электрофильтры ТЭЦ Германии ежегодно улавливают более 10 млн.т. золы . В 1987 г. на ТЭЦ США ежегодно образовывалось 68 млн.т. золы, а к 2020 г. возможно увеличение количества золы до 181,6 млн.т. в год. Одна из крупнейших ТЭЦ в Индии «Korba» мощностью 2100 МВт сжигает 9-10 млн.т. угля в год; на ней образуется 3-4 млн. т. золы /19, 20/. Типичная угольная ТЭЦ 500 МВт ежегодно выделяет 740 тыс.т. золы .

В РФ используется термин золошлаковые отходы. В Европе используется термин – сопутствующие продукты от сжигания угля – это топочный шлак, донная зола, зола – уноса, продукты сероочистки дымовых газов в мокросухих и мокрых известковых и известняковых системах – все это представляет золошлаковые материалы (ЗШМ). В 2003 г. в Европе было произведено около 100 млн.т сопутствующих продуктов от сжигания угля; 53% их используется в строительной промышленности, 36% идет на рекультивацию карьеров и угольных разрезов. В Германии практически утилизируется 100% сопутствующих продуктов от сжигания угля. Для сравнения: в РФ ежегодный выход ЗШМ – около 30 – 40 млн.т, а средний уровень утилизации 14% .

Состав и количество ЗШМ зависят от:

  1. угля;

  2. содержание серы;

  3. технологии сжигания – колосниковая решетка, псевдоожиженный слой, сжигание сухое;

  4. золоулавливание – электрофильтр, мокрый скруббер и т.д.

1.2 Новые передовые экологически ориентированные технологии для снижение вредных выбросов оксидов азота и серы, углекислого газа и летучей золы на тепловых электростанциях

1.2.1 Технологии для снижения выбросов оксидов азота на угольных тепловых электростанциях

а) Законодательство по выбросам NOх. Допустимая эмиссия NOх для крупных углесжигающих промышленных котлов (тепловая мощность более 500 МВт) согласно директивам Европейского экономического сообщества :

- 500 мг/м3 при 6% О2 для действующих ТЭС;

- 200 мг/м3 при 6% О2 для новых ТЭС.

С 2016 г эмиссия будет ограничена 200 мг/м3 при 6% О2 для всех действующих ТЭС.

В то же время нормы намного «мягче» для небольших котлов.

Для обеспечения нормированных показателей газообразных выбросов в атмосферу с уходящими газами электростанций необходимо внедрение современных технологий (внедренных в мировой практике или разрабатываемых).

б) Внутритопочное подавление NOx. Установлено, что при сжигании высококачественных каменных углей в топках с твердым шлакоудалением образуется 20% термических NOx (за счет окисления молекулярного азота в воздухе при сгорании), 75% топливного NOх (за счет окисления химически связанного азота в топливе), 5% быстрых оксидов азота (в результате реакции между молекулярным азотом и углеводородными радикалами).

Чем выше содержание азота в топливе, тем выше эмиссия NOx при сжигании угля (и мазута). Технологии снижения NOx в котлах, сжигающих уголь – оптимизация режима работы котла, малотоксичные горелки, ступенчатый ввод воздуха, рециркуляция уходящих газов, трехступенчатое сжигание, селективное каталитическое и некаталитическое восстановление.

Оптимизация режима работы котла включает в себя балансировку мельниц, накладку регистров, равномерное распределение воздушного и угольного потока и др. Для работы с предельно низкими избытками воздуха необходимы надежные датчики СО; необходимы датчики для обнаружения появления несгоревшего углерода, требуется точная настройка соотношения воздух – топливо для каждой горелки.

Малотоксичные горелки применяются для снижения NOx в топках с вихревыми, тангенциальными горелками. Для топок с вихревыми горелками проводят простую замену существующих горелок. Для тангенциальных топок необходима установка угольных инжекторов и воздушных сопел. Большие сокращения эмиссии NOx получаются при сжигании высокореакционных углей: для высокореакционных углей удается получить эмиссию NOx при 6% О2 ниже 400 мг/м3.

Малотоксичные горелки работают на принципе стадийного подвода воздуха. Они могут быть объединены с другими первичными методами подавления NOx – 2-х и 3-х ступенчатое сжигание для достижения более высоких суммарных показателей сокращения выбросов NOx.

Известно о применении. Установка малотоксичных горелок на пылеугольных котлах (например, двухрегистровые горелки Бабкок – Вилькокс (США), вихревая горелка фирмы Митсуи – Бабкок (Великобретания), горелка приводит к снижению концентрации NOx до 500 - 570 мг/м3).

Основной причиной замены горелки явилось необходимость обеспечения нормативов по выбросу NOx. В работе [6 новое] показаны результаты испытаний горелок с малотоксичными выбросами при сжигании природного газа. Установка прямоточно - вихревых горелок конструкций ЗАО «Экотон» и фирмы «Todd Combustion» на котлах ТГ - 104 и ТГМЕ – 206 взамен заводских горелок позволила сократить выбросы NOx в 2-2,5 раза с 700 до 250-300 мг/м3.

Ступенчатый ввод воздуха или двухступенчатое сжигание – технология для топок с вихревыми горелками и для тангенциальных топок, обеспечивающих сокращение NOx на 50% по сравнению с малотоксичными горелками.

Технология двухступенчатого сжигания фирмы «Митсуи Бабкок»: третичный воздух вводится в топку через сопла специальной конструкции при более высокой скорости, улучшая тем самым проникновение струи третичного воздуха и смешение с продуктами сгорания. Увеличение турбулентности в зоне дожигания уменьшает неравномерность потока. Концентрация NOx составляет 437 мг/м3 при 6% О2.

Рассмотрено подавление эмиссии NOx при двухступенчатом сжигании высокореакционных углей (марок Г и Д) и установлено, что двухступенчатое сжигание не уступает трехступенчатому сжиганию при глубоком снижении коэффициента избытка воздуха в прямоточных горелках (до 0,7) с применением бокового дутия. При этом наряду с боковым и верхним дутьем для глубокого снижения коэффициента избытка воздуха в горелках целесообразно применять систему нижнего дутия, обеспечивающую снижение вредных выбросов и недожога топлива.

В работе исследован механизм образования NOx в топках котлов при ступенчатом сжигании газа. Установлено, что путем комбинирования встроенной ступени внутри горелок и перераспределения газа по ярусам удалось реализовать условия, способствующие подавлению образования NOx по «быстрому» и «термическому» механизмам и значительно снизить концентрацию NOx до 45 мг/м3. Авторы установили, что для эффективного подавления эмиссии «быстрых» и «термических» оксидов азота необходимо воздействие на зону образования быстрых NOx со смещением её в сторону более «богатых» смесей и на общую зону догорания в верхней части топки с использованием газов рециркуляции.

Рециркуляция уходящих газов широко используется для контроля температуры пара в больших промышленных установках. Повторное использование газов рециркуляции (в количестве 10-20%) для сокращения NOx связано с важнейшими факторами в снижении термических NOx – с уменьшением температуры и разбавлением О2 в воздухе смеси. Эффективность метода зависит от места ввода газов – наибольший эффект получается при вводе газов рециркуляции через горелки.

Однако в том случае, если на станциях сжигающих уголь вклад термических NOx в общую эмиссию NOx является относительно небольшим, этот метод не используется.

Трехступенчатое сжигание технология сокращения выбросов NOx, объединяющая принципы воздушного и топливного распределения, заключается в создании трех зон сгорания. В основной зоне сжигается около 80% топлива по теплу (уголь) при нормальных избытках воздуха 1,05 – 1,1 и формируется основное количество NOx. При этом следует учитывать, что более низкие температуры приводят к более низким термическим NOx; более низкая концентрация кислорода приводит к более низким топливным NOx. В восстановительной зоне вводится 20% топлива по теплу (уголь более тонкого помола, газ), разложение которого приводит к образованию углеводородных радикалов (CH, CH2 и др.), которые могут реагировать с NOx из первичной зоны с образованием азотных соединений HCN. Последнее распадается до молекулярного азота, обеспечивая тем самым эффективное подавление NOx. Оптимальный избыток воздуха в восстановительной зоне 0,85-0,95. Ввод третичного воздуха создает зону догорания, где дожигаются все продукты неполного сгорания.

Проблемы, возникающие при использовании технологии трехступенчатого сжигания:

  1. время нахождения: в первичной зоне – для гарантии полного выгорания основного топлива; в восстановительной зоне – должно быть достаточно для распада вторичного топлива; в зоне догорания – должно быть достаточным для приемлемого уровня содержания горючих в уносе;

  2. потребуется дополнительное оборудование – новые короба, контролирующие аппаратуру и системы управления;

  3. модернизация мельниц – для получения приемлемых уровней горючих в уносе, возможно, придется добиваться уменьшения размера частиц («тонина помола»).

В результате трехступенчатого сжигания обеспечивалась концентрация NOx 325 ÷ 250 мг/м3 (при низких коэффициентах избытка воздуха) (фирмы Англии, Италии).

Приведены данные по снижению выбросов NOx на котлах ТПЕ – 214 с использованием системы трехступенчатого сжигания Кузнецкого угля марок Г и Д при избытке воздуха α ~ 0,7. Содержание NOx в дымовых газах составило 350 мг/м3, а при двухступенчатом сжигании – 440 мг/м3.

Рассмотрено также трехступенчатое сжигание с угольной ступенью восстановления и установлено, что при работе котла в обычном режиме с 5-ю мельницами:

- без организации восстановительной ступени концентрация NOx = 580 ÷ 740 мг/м3;

- при организации восстановительной системы концентрация NOx за экономайзером составила 530 ÷ 680 мг/м3.

При переходе на 4 – мельничный режим уровень выбросов NOx составил 480 – 450 мг/м3.

Рассмотрено применение трехступенчатой схемы сжигания высокореакционных углей в стендовых условиях. Известно, что сущность этой схемы заключается в сжигании основной части топлива с избытками воздуха (α = 1,05) и организации после практически полного завершения выгорания топлива зоны восстановления. Последняя образуется за счет подачи в нее топлива восстановителя при избытке воздуха в зоне α = 0,9 ÷ 1,0. Третья ступень – зона дожигания – организуется путем подачи в конец зоны восстановления избыточного третичного воздуха. По результатам стеновых испытаний применение данной схемы снижает выбросы NOx на 60%. Проверка на котлах показала снижение выбросов NOx на 40%.

Рассмотрено трехступенчатое сжигание твердого топлива. При этом для получения восстановительной среды используется только основное твердое топливо без его специальной подготовки (сверхтонкое измельчение, получение синтез - газа и др.). Измерения показали, что трехступенчатое сжигание эктастузского угля на котлах ПК-14 ВТГРЭС выход NOx снижен до 450-460 мг/м3, снижено также содержание горючих в уносе относительно уровня отмеченного в режиме двухступенчатого сжигания.

Селективное каталитическое и некаталитическое восстановление. Для очистки дымовых газов от оксидов азота в энергетике применяются технологии:



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Московский государственный открытый университет Научно-образовательный материал (1)

    Документ
    Важной проблемой является переработка, использование и сбыт промышленных и бытовых отходов. Большое народно- хозяйственное значение имеет переработка и утилизация промышленных отходов угольных ТЭС, которые благодаря их качеству востребованы
  2. Министерство образования и науки РФ московский государственный открытый университет Научно-образовательный материал (1)

    Литература
    Временные пределы процессов, изучаемых химией окружающей среды, составляют от долей минуты до нескольких столетий, в отличие от геохимии, охватывающей, как правило, целые геологические эпохи.
  3. Министерство образования и науки РФ московский государственный открытый университет Научно-образовательный материал (2)

    Литература
    Важнейшей задачей экономического социального развития страны является осуществление мер, направленных на постоянное улучшение условий жизни населения, в том числе и повышение качества современной жилой среды.
  4. Научно-образовательный материал (1)

    Документ
    Жукова Г.С. д.ф.-м.н., проф., зав. кафедрой высшей математики и информатики, профессор проректор по дополнительному профессиональному образованию, повышению квалификации и переподготовке кадров.
  5. Научно-образовательный материал (2)

    Документ
    Жукова Г.С. д.ф.-м.н., проф., зав. кафедрой высшей математики и информатики, профессор проректор по дополнительному профессиональному образованию, повышению квалификации и переподготовке кадров.

Другие похожие документы..