Тема: Особенности обращения с отходами в котельной, работающей на газе (резервное топливо мазут)

Процесс описывается следующими брутто-уравнениями:
NO + NH3 + ¼О2 → N2 + 3/2Н2О;
NH3 + 5/4О2 + NO + 3/2Н2О.
Первая реакция преобладает при температуре газового потока в интервале от 880 до 1000 °С. Начиная с 1100 °С, вклад реакции становится существенным и наблюдается нежелательное образование NO. Процесс восстановления чувствителен к температуре и является наиболее эффективным в узком интервале температур 970 ± 50 °С. Экспериментально подтверждена связь селективности процесса с изменением температуры [8]. Добавка водорода снижает нижний температурный предел, и таким образом значительно расширяется допустимый температурный интервал. При мольном отношении Н2:NH3 = 2:1 восстановление оксидов азота происходит достаточно быстро при температуре около 700 °С.
Степень восстановления оксидов азота зависит от следующих факторов:
1) тип топки, характеристики топлива.
2) время пребывания газовой смеси в области оптимальной температуры в процессе движения потока.
3) распределение температуры в топке.
4) отношение NН3/NОх и концентрация NOx.
5) перемешивание в потоке.
Наиболее важным элементом технологии очистки является определение места ввода аммиака в газовый поток, для обеспечения максимально быстрого смешивания аммиака (и в случае необходимости Н2) в оптимальном интервале температур, который совпадает со стационарным режимом топки. Для этого необходимо использовать профиль распределения температуры по потоку при различных мощностях загрузки топлива. При правильном выборе температурной области для протекания реакции достаточно 0,2 – 0,3; при содержании оксидов азота в количестве не выше 200 млн–1 используется отношение NH3:NO = 1,5. При увеличении содержания NOх это отношение уменьшается до 1,0. Эффективность восстановления возрастает с уменьшением количества кислорода в газовом потоке, но только до определенного уровня в соответствии с уравнением брутто-реакции.

3.2. Метод селективного каталитического восстановления (СКВ)

Метод СКВ используется в первую очередь к топочным газам. При полном сгорании содержание кислорода в них составляет около 1 %, и отходящий газ подвергается химической реакции в окислительных условиях. Описанный выше процесс некаталитического восстановления (НКВ) используется для топочных газов с высоким процентным содержанием исходного топлива, т.е. когда обеспечиваются восстанавливающие свойства газового потока. Процесс СКВ описывается следующими брутто-уравнениями:
2NH3 + 2NO + ½О2– + 2N2 + ЗН2О;
2NH3 + NО2 + ½О2 + 3/2N2 + 3H2О.
Реакция является основной, так как на долю оксида азота NО приходится примерно 95 % в сумме оксидов азота. С теоретической точки зрения в соответствии с уравнениями реакций достаточно стехиометрического количества аммиака относительно оксидов азота для перевода их в экологически чистые продукты – молекулярный азот (N2) и Н2О. При мольном отношении NH3:NOx = 1:1 восстанавливается 80–90 % оксидов азота, и в отходящем газе содержание аммиака не превышает 20 млн–1.
Метод СКВ широко применяется для очистки газов городских и промышленных котельных, работающих на газе и мазуте. Для применения метода СКВ предусматривается наличие катализатора, каталитического реактора, емкости для хранения аммиака и систему его подачи в газовый поток. Большое сопротивление каталитического реактора приводит к падению давления потока; для его компенсации предусматривается система вентиляторов.
Наиболее эффективно каталитическое восстановление происходит в области 300 – 450 °С. Для обеспечения именно такой температуры газового потока каталитический реактор располагают между экономайзером котла и теплообменником для подогрева входящего воздуха. Наиболее распространенная схема оборудования для очистки газов приведена на рис. 3.
Большая часть катализаторов производится на основе диоксида титана (ТiO2) и пентоксида ванадия (V2O5). Диоксид титана – удобный носитель и не отравляется SO3. Пентоксид ванадия промотирует реакцию взаимодействия аммиака и оксидов азота и мало чувствителен к действию SO2. Композиция катализатора и соотношение составных частей защищены в большинстве случаев патентами [8].


Рис. 3. Схема процесса селективного каталитического восстановления:
1 – топка котла; 2 – экономайзер; 3 – реактор; 4 – теплообменник для нагрева воздуха; 5 – электрофильтр; 6 – блок обессеривания топочного газа; 7 – дымовая труба; 8 – испаритель аммиака; 9 – емкость для хранения аммиака; 10 – выгрузка аммиака с железной дороги или автотранспорта; 11 – компрессор

Основной недостаток метода СКВ – образование и осаждение на стенках технологического оборудования твердого сульфата аммония и расплава бисульфата аммония при выходе из каталитического реактора. Эти соединения – (NH4)2SO4 и (NH4)SO4 образуются по реакции вводимого аммиака с SO3, который получается при сгорании высокосернистых топлив.


4. Минимизация отходов производственного процесса

Основные принципы и технические приемы подавления вредных выбросов достаточно хорошо изучены, и основная задача заключается в правильном их подборе и конструктивном решении применительно к конкретным промышленным установкам. Для снижения NO2 рекомендуются следующие, проверенные в эксплуатации и дающие существенный экологический эффект методы.
1. Рециркуляция дымовых газов. В этом способе часть дымовых газов подается в смеси с дутьевым воздухом или по отдельному каналу горелки со скоростью, примерно равной скорости воздуха на выходе из горелки. В отдельных случаях подача 15% газов рециркуляции снижает выбросы NOх в два раза.
2. Двухступенчатое сжигание топлива. Этот метод позволяет снизить выбросы NOх на 40–50%. Его рекомендуют применять главным образом для котлов, сжигающих газообразное бессернистое топливо. При использовании сернистых мазутов и сероводородных газов необходимо иметь в виду, что в отдельных случаях возможно возникновение сероводородной коррозии экранных труб.
Трехступенчатое сжигание топлива. Сущность технических решений, реализующих этот метод, заключается в том, что основные горелкиработают с оптимальным по условиям обеспечения минимальной высокотемпературной коррозии экранов и максимального выжига топливакоэффициентом избытка воздуха (1,0 – 1,05), а выше основных горелокустанавливаются дополнительные горелки, в которых сжигается 15 – 30%топлива с недостатком воздуха. Благодаря этому в топке создается зонас восстановительной средой, в которой продукты неполного сгорания(СО, Н2, СnНm) восстанавливают уже образовавшиеся NOх до безвредного молекулярного азота. Выше этой зоны организуется зона дожигания оставшихся продуктов неполного сгорания за счет третичного воздуха. Этот метод является перспективным при сжигании высокосернистых топлив по условиям обеспечения минимальной газовой коррозии экранных труб.
Применение специальных горелок с пониженным выходом NOX. Горелки обеспечивают снижение NOX на 25–30%; в них применяются изложенные выше способы. Подача топлива и дутьевого воздуха организуется таким образом, чтобы реализовать многоступенчатое горение впределах одного факела
Снижение избытка воздуха в топке. Этот способ приводит к снижению выбросов оксидов азота на всех видах топлива. Предел применимости способа определяется появлением в уходящих газах продуктовнеполного сгорания (СО, Н2), увеличением содержания горючих веществв дымовых газах, увеличением интенсивности шлакования поверхностейнагрева и высокотемпературной коррозии экранов.
Снижение температуры дутьевого воздуха, подаваемого в горелку.Это мероприятие приводит к заметному снижению экономичности кот-ла и может использоваться кратковременно.
Рассмотрим подробнее последний способ и конструктивные схемы его реализации. Методы ввода влаги в камеру сгорания могут различаться конструктивным исполнением, агрегатным состоянием влаги, способом и местом ее распыления и смешения с топливом или горючей смесью. При этом наблюдается различный эффект снижения выхода оксидов азота. Экспериментальные данные, полученные как у нас, так и за рубежом [8], показывают, что при подаче воды в количестве до 10% от расхода топлива в дутьевой воздух или в топливо наблюдается понижение выхода окислов азота, на 15–25%.
Заключение


В курсовой работе рассмотрены вопросы обращения с выбросам загрязняющих веществ на котельных, работающих на природном газе (резервное топливо мазут).
Приведена типовая технологическая схема работы газомазутной котельной и описан процесс получения тепловой энергии в теплогенераторах типа ДКВР.
Установлено, что при сжигании топлива образуются вредные вещества двух групп. К первой группе можно отнести вещества, концентрация которых мало зависит от технологии сжигания (например, диоксид серы и соединения ванадия); ко второй – вещества, концентрация которых зависит от технологии и режима сжигания топлива (твердые частицы, оксиды азота, оксид углерода, бензопирен и др.). Для каждой группы вредных веществ приведены нормативы предельно допустимых концентраций. Особое внимание в курсовой работе уделено расчету выбросов и методам очистки газов от оксидов азота, что объясняется более высокой токсичностью и активным участием данных соединений в фотохимических реакциях в атмосфере.
Рассмотрены основные методы очистки газов котельных от оксидов азота.






Список использованной литературы:


Соколов Б.А. Устройство и эксплуатация оборудования газомазутных котельных / Б.А. Соколов. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 304 с.
Федеральный закон «Об охране окружающей среды» №7-ФЗ от 10.01.2002 (в ред. от 29.12.2015)
Голицын А.Н. Промышленная экология и мониторинг загрязнения окружающей среды. – М.: Оникс, 2010. – 336 с.
Зайцев В.А. Промышленная экология. – М.: Бином, Лаборатория Знаний, 2012. – 382 с.
Гринин А.С. Промышленные и бытовые отходы. Хранение, утилизация, переработка – М.: ФАРМ-ПРЕСС, 2002. – 336 с.
Козачек А.В. Экологические основы природопользования. – Ростов-н/Д: Феникс, 2008. – 442 с.
Фирсова Л.Ю. Системы защиты среды обитания. Схемы, сооружения и аппараты для очистки газовых выбросов и сточных вод. – М.: Форум, 2013.
Расчет и проектирование систем обеспечения безопасности: учеб. пособие / Я.А. Жилинская, И.С. Глушанкова, М.С. Дьяков, М.В. Висков. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 401 с.
Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 ГКал в час.








1





26