Мероприятия по снижению выбросов загрязняющего вещества из котельной. Чистый воздух

Промышленные отходы

Промышленные предприятия преобразуют почти все компоненты природы (воздух, воду, почву, растительный и животный мир). В биосферу ( , водоемы и почва) выбрасываются твердые промышленные отходы, опасные сточные воды, газы, аэрозоли, что ускоряет разрушение строительных материалов, резиновых, металлических, тканевых и других изделий и может стать причиной гибели растений и животных. Самый же большой ущерб эти сложные по химическому составу вещества наносят здоровью населения.

Очистка воздуха от вредных выбросов предприятий

Взвешенная в воздухе пыль адсорбирует ядовитые газы, образует плотный, токсичный туман (смог), который увеличивает количество осадков. Насыщенные сернистыми, азотистыми и другими веществами, эти осадки образуют агрессивные кислоты. По этой причине скорость коррозионного разрушения машин и оборудования во много раз увеличивается.

Защита атмосферы от вредных выбросов достигается рациональным размещением источников вредных выбросов по отношению к населенным зонам; рассеиванием вредных веществ в атмосфере для снижения концентраций в ее приземном слое, удалением вредных выделений от источника образования посредством местной или общеобменной вытяжной вентиляции; применением средств очистки воздуха от вредных веществ.

Рациональное размещение предусматривает максимально возможное удаление промышленных объектов — загрязнителей воздуха от населенных зон, создание вокруг них санитарно-защитных зон; учет рельефа местности и преобладающего направления ветра при размещении источников загрязнений и жилых зон по отношению друг к другу.

Для удаления вредных газовых примесей используются пылеуловители сухого и мокрого типа.

К пылеуловителям сухого типа относятся циклоны различных видов — одиночные, групповые, батарейные (рис. 1). Циклоны при
меняют при концентрациях пыли на входе до 400 г/м 3 , при температурах газов до 500°С.

Широкое применение в технике пылеулавливания нашли фильтры, которые обеспечивают высокую эффективность улавливания крупных и мелких частиц. В зависимости от типа фильтровального материала фильтры разделяются на тканевые, волокнистые и зернистые. Для очистки больших объемов газа применяют высокоэффективные электрофильтры.

Пылеуловители мокрого типа применяют для очистки высокотемпературных газов, улавливания пожаровзрывоопасных пылей и в тех случаях, когда наряду с улавливанием пыли требуется улавливать токсичные газовые примеси и пары. Аппараты мокрого типа называют скрубберами (рис. 2).

Для удаления из отходящих газов вредных газовых примесей применяют абсорбцию, хемосорбцию, адсорбцию, термическое дожигание, каталитическую нейтрализацию.

Абсорбция - растворение вредной газовой примеси сорбентом, как правило, водой. Метод хемосорбции заключается в том. что очищаемый газ орошают растворами реагентов, вступающих в химическую реакцию с вредными примесями с образованием нетоксичных, малолетучих или нерастворимых химических соединений. Адсорбция - улавливание поверхностью микропористого адсорбента (активированный уголь, силикагель, цеолиты) молекул вредных веществ. Термическое дожигание - окисление вредных веществ кислородом воздуха при высоких температурах (900-1200°С). Каталитическая нейтрализация достигается применением катализаторов — материалов, которые ускоряют протекание реакций или делают их возможными при значительно более низких температурах (250-400°С).

Рис. 1. Батарейный циклон

Рис. 2. Скруббер

При сильном и многокомпонентном загрязнении отходящих газов применяют сложные многоступенчатые системы
очистки, состоящие из последовательно установленных аппаратов различного типа.

Очистка воды от вредных выбросов и сбросов предприятий

Задача очистки гидросферы от вредных сбросов более сложна и масштабна, чем очистка атмосферы от вредных выбросов: разбавление и снижение концентраций вредных веществ в водоемах происходит хуже, так как водная среда более чувствительна к загрязнениям.

Защита гидросферы от вредных сбросов предусматривает применение следующих методов и средств: рациональное размещение источников сбросов и организация водозабора и водоотвода; разбавление вредных веществ в водоемах до допустимых концентраций с применением специально организованных и рассредоточенных выпусков: использование средств очистки стоков.

Методы очистки сточных вод разделяются на механические, физико-химические и биологические.

Механическая очистка сточных вод от взвешенных частиц осуществляется процеживанием, отстаиванием, обработкой в поле центробежных сил, фильтрованием, флотацией.

Процеживание применяют для удаления из сточной воды крупных и волокнистых включений. Отстаивание основано на свободном оседании (всплытии) примесей с плотностью большей (меньшей) плотности воды. Очистка сточных вод в поле центробежных сил реализуется в гидроциклонах, где под действием центробежной силы, возникающей во вращающемся потоке, происходит более интенсивное отделение взвешенных частиц от потока воды. Фильтрование используют для очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей как на начальной, так и на конечной стадиях очистки. Флотация заключается в обволакивании частиц примесей мелкими пузырьками воздуха, подаваемого веточную воду, и поднятии их на поверхность, где образуется слой пены.

Физико-химические методы очистки применяют для удаления из сточной воды растворимых примесей (солей тяжелых металлов, цианидов, фторидов и др.), а в ряде случаев и для удаления взвесей. Как правило, физико-химическим методам предшествует стадия очистки от взвешенных веществ. Из физико-химических методов наиболее распространены электрофлотационные, коагуляционные, реагент- ные, ионообменные и др.

Электрофлотация осуществляется путем пропускания через сточную воду электрического тока, возникающего между парами электродов. В результате электролиза воды образуются пузырьки газа, прежде всего легкого водорода, а также кислорода, которые обволакивают частички взвесей и способствуют их быстрому всплытию на поверхность.

Коагуляция - это физико-химический процесс укрупнения мельчайших коллоидных и диспергированных частиц под действием сил молекулярного притяжения. В результате коагулирования устраняется мутность воды. Коагуляция осуществляется посредством перемешивания воды с коагулянтами (в качестве коагулянтов применяют содержащие алюминий вещества, хлорид железа, сульфат железа и др.) в камерах, откуда вода направляется в отстойники, где хлопья отделяются отстаиванием.

Сущность реагентногометода заключается в обработке сточных вод химическими веществами-реагентами, которые, вступая в химическую реакцию с растворенными токсичными примесями, образуют нетоксичные или нерастворимые соединения. Разновидностью реагентного метода является процесс нейтрализации сточных вод. Нейтрализация кислых сточных вод осуществляется добавлением растворимых в воде щелочных реагентов (оксида кальция, гидроксидов натрия, кальция, магния и др.); нейтрализация щелочных стоков — добавлением минеральных кислот — серной, соляной и др. Реагентная очистка осуществляется в емкостях, снабженных устройствами для перемешивания.

Ионообменная очистка сточных вод — это пропускание сточных вод через ионообменные смолы. При прохождении сточной воды через смолы подвижные ионы смолы заменяются на ионы соответствующею знака токсичных примесей. Происходит сорбирование токсичных ионов смолой, токсичные примеси выделяются в концентрированном виде как щелочные или кислые стоки, которые взаимно нейтрализуются и подвергаются реагентной очистке или утилизации.

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические соединения в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности. При этом органические соединения окисляются до воды и углекислого газа.

Биологическую очистку ведут или в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды), или в специальных сооружениях — аэротенках, биофильтрах. Лэротенки - это открытые резервуары с системой коридоров, через которые медленно протекают сточные воды, смешанные с активным илом. Эффект биологической очистки обеспечивается постоянным перемешиванием сточных вод с активным илом и непрерывной подачей воздуха через систему аэрации аэротенка. Активный ил затем отделяется от воды в отстойниках и вновь направляется в аэротенк. Биологический фильтр — это сооружение, заполненное загрузочным материалом, через который фильтруется сточная вода и на поверхности которого развивается биологическая пленка, состоящая из прикрепленных форм микроорганизмов.

Крупные промышленные предприятия имеют различные производства, которые дают различный состав загрязнения сточных вод. Водоочистительные сооружения таких предприятий выполнены следующим образом: отдельные производства имеют свои локальные очистные сооружения, аппаратное обеспечение которых учитывает специфику загрязнений и полностью или частично удаляет их, затем все локальные стоки направляются в ем кости-усреднители, а из них — на централизованную систему очистки. Возможны и иные варианты системы водоочистки в зависимости от конкретных условий.

Принципиально существует несколько подходов к решению проблемы ограничения вредных выбросов в атмосферу с дымовыми газами ТЭС:

Рассеивание вредных выбросов с помощью высотных дымовых труб на большой площади;

Непосредственное воздействие на механизм образований вредных примесей при горении топлив;

Очистка продуктов сгорания топлив от вредных примесей;

Удаление вредных компонентов из топлива до его сжигания. Специалисты в области теплоэнергетики должны уметь правильно выбирать оборудование и оптимальные режимы эксплуатации котлов, обеспечивающие снижение до минимума вредных выбросов в окружающую среду, в зависимости от вида сжигаемого топлива, рельефа местности и других факторов.

1.1. Высотные дымовые трубы

Хотя тепловые электростанции являются одним из наиболее крупных источников вредных выбросов в атмосферу, их участие в формировании общего фона загазованности в приземном слое воздуха отнюдь не находится в прямой зависимости от массы этих выбросов. Связано это с тем, что в отличие от других источников вредных выбросов (автотранспорта, промышленных предприятий) на ТЭС дымовые газы рассеиваются в атмосфере на высоте несколько сотен метров, благодаря чему достигают поверхности земли, разбавленные воздухом в сотни и тысячи раз. Основной задачей рассевания вредных веществ в атмосфере являются снижение их концентраций до такого уровня, когда они становятся безопасными для живой природы. Для этого на ТЭС используются дымовые трубы, высота которых (по мере укрупнения электростанций и ухудшения качества топлив) постоянно увеличивалась. В настоящее время используются трубы высотой 180, 250, 320 – 360 и 420 м.

Современные высотные дымовые трубы выполняются в виде моно­литных железобетонных стволов, выдерживающих высокие ветровые и весовые нагрузки. С целью предохранения железобетона от воздействия сернистых соединений, влаги и повышенной температуры дымовых газов в трубах выполняется защитная внутренняя оболочка из кислотоупорного кирпича. Высотные дымовые трубы являются дорогостоящим элементом ТЭС.

Концентрация токсичных веществ при увеличении высоты дымовых труб значительно падает в непосредственной близости от электростанции, с увеличением же расстояния относительное снижение концентрации уменьшатся. Для упрощенного определения распределения концентраций вредных примесей на уровне земли при их рассеивании с помощью дымовых труб используется следующая формула :

где М – количество выбросов; и – скорость ветра; Н – эффектив­ная высота трубы; k – коэффициент турбулентной диффузии; х – расстояние от трубы. Наибольшая величина приземной концентрации токсичных веществ С м устанавливается на расстоянии

(1.2)

и составляет

(1.3)

Однако в реальных условиях задача расчета концентрации токсичных примесей существенно осложняется в связи с необходимостью учиты­вать реальные гидрометеоусловия, неоднородность турбулентной структуры атмосферы, разность температур выбрасываемых газов и окружающего воздуха, условия выходя газов из устья трубы и их оседания на поверхности земли.

Высота дымовых труб ТЭС должна рассчитываться с учетом рас­сеяния токсичных примесей до норм ПДК. В табл.1.1 приведены рас­четные значения максимальной концентрации NО Х в приземном слое вблизи газомазутных ТЭС мощностью 3600 и 4800 МВт с дымовыми трубами 250 и 320 м при различных скоростях ветра. Данные расче­та показывают, что даже для трубы высотой 320 м в штиль содержа­ние NO Х в приземном слое может превышать ПДК. Еще большее пре­вышение ПДК будет наблюдаться при содержании в уходящих газах ТЭС, кроме NO Х, других вредных веществ, обладающих эффектом суммации.

Таблица 1.1

Расчетные концентрации NO X в приземном слое.

Высота труб, м	Скорость ветра, м/с	Концентрация NO X , мг/м 3

Поэтому высотные дымовые трубы не следует противопоставлять другим способам защиты окружающей среды. Пока будут существовать вредные выбросы (как следствие несовершенной технологии сжигания топлива), дымовые газы необходимо выбрасывать в верхние слои атмосферы, где их вредные компоненты будут обезвреживаться в ходе процессов естественного самоочищения воздушного океана. Высоту дымовых труб ТЭС следует выбирать после того, как использованы все возможности, связанные с уменьшением количества вредных выбросов ТЭС в атмосферу. Для этого существует специальная методика, учитывающая суммарное воздействие вредных веществ фоновую загазованность атмосферы городов и т.д. . С учетом этих факторов определяется предельная мощность тепловой электростанции по условиям защиты биосферы от воздействия вредных газообразных выбросов.

Содержание раздела

8.1.1. С целью снижения образования NО x в приосевой зоне горелочных устройств в котлах ТГМП-204, отапливаемых жидким топливом, предлагается модернизировать горелки . Более эффективным по мнению авторов при сжигании жидкого топлива в силу стадийности его подготовки, является ввод газов рециркуляции через отдельный канал . При этом подбирается такое соотношение скоростей воздуха и газов, при котором газы не балластируют прикорневую область горения, а достигают активной зоны горения и тормозят образование NО x в этой зоне.

На рис. 8.1 приведена схема модернизированной горелки котла ТГМП-204. Горелка состояла из двух каналов подачи воздуха (центрального и периферийного), снабженных тангенциальными регистрами.

Рис. 8.1. Схема модернизированной горелки для сжигания жидкого топлива в топке котла ТГМП-204

Скорость истечения воздуха на выходе из каналов соответственно 60 и 70 м/с. По периферии горелки расположен канал ввода газов рециркуляции со скоростью 26 м/с. В центре горелки установлена мазутная форсунка с углом раскрытия топливного факела 85°. Выход канала газов рециркуляции перекрыт кольцом, в котором просверлены отверстия диаметром 60 мм, обеспечивающие истечение газов рециркуляции со скоростью ∼50 м/с (вместо 26 м/с). На рисунке видно, ось струи газов рециркуляции проходит через фронт пламени, и их дальнобойность позволяет достигнуть предполагаемой зоны основного образования оксидов азота. При этом основная часть газов рециркуляции не попадает в корень факела, что положительно сказывается на снижении образования механического недожога q 4 . Модернизация горелок котлов ТГМП-204 позволила сократить содержание NО x в отходящих дымовых газах на 30%.

8.1.2. На котле ТГМ-84Б с целью подавления оксидов азота внедрен дозированный впрыск воды в зону горения . При водотопливном отношении q < 10% это снижение достигает 150÷170мг/м 3 , а при водотопливном отношении q ∼ 8% с работой на пониженных избытках воздуха (α = 1,04÷1,06) концентрация NО x снижается на 200–220 мг/м 3 .

В зависимости от конкретных условий для подавления оксидов может использоваться техническая вода, основной конденсат или сетевая вода.

8.1.3. В топках с фронтальной компоновкой пылеугольных горелок для снижения концентраций NО x в уходящих газах при сжигании нешлакующегося топлива без содержания S считают целесообразным организовать ступенчатый ввод вторичных (третичных) потоков воздуха , направляя их в центральную область топки между концентрированными потоками реагентов.

8.1.4. Для одновременного улавливания оксидов N и S с эффективностью до 90% в предлагают электронно-лучевую обработку дымовых газов .

Этот сухой метод очистки позволяет решить проблемы образования отходов, удаления шламов, повторного нагрева газов. Кроме того, при такой обработке получается порошкообразная смесь побочных продуктов – удобрений (NH 4) 2 SO 2 и NH 4 NO 3 .

Утверждается , что метод электронно-лучевой обработки дымовых газов дешевле мокрых известняковых (скрубберного и каталитического) методов.

8.1.5. В для снижения выхода NО x не менее, чем на 60–70%, предлагается ступенчатое сжигание топлива с вводом азотосодержащих веществ в восстановительную зону горения . Утверждается, что присутствие значительного количества азотосодержащих радикалов RNi в продуктах сгорания в области высоких температур при α < 1обеспечивает эффективное восстановление NО x , образовавшихся на начальной стадии факела, до молекулярного азота. В качестве восстановителя применяются: аммиак – NH 3 , аммиачная вода – NH 4 OH, мочевина – (NH 2) 2 CO, циануровая кислота – (HOCN) 3 .

8.1.6. Модернизация котла, отапливаемого природным газом, БКЗ-420-140 НГМ-4 путем оснащения его дутьем воздуха над горелками верхнего яруса привело к резкому снижению содержания NО x в дымовых газах .

8.1.7. На котлах с жидким шлакоудалением ТПП-312 (паропроизводительность 950 т/ч, параметры пара: 25 МПа, 545 °С) с целью снижения NО x внедрено трехступенчатое сжигание топлива . Внедрение осуществлялось путем установки дополнительных прямоточных газовых горелок и установки сопл третичного дутья (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Схема трехступенчатого сжигания на котле ТПП-312: 1 – основные грелки; 2 – дополнительные горелки и газы рециркуляции; 3 – сопла третичного воздуха; 4 – верхние сопла рециркуляции

Дополнительные горелки были установлены встречно на фронтовом и заднем экранах, а сопла третичного дутья были размещены выше дополнительных горелок. Для обеспечения требуемой по условию шлакования ширм температуры газов в верхней части топки был выполнен аэродинамический выступ.

В результате модернизации выбросы NО x сократились в два раза. Надежность и экономичность работы котла при этом не снизились.

8.1.8. При сжигании углей различных видов в основной горелке и подаче природного газа или жидкого топлива во вторую ступень , позволили получить качественные характеристики процесса:

• - ввод вторичного топлива следует осуществлять за зоной активного горения по потоку газов;
• - количество топлива, подаваемого во вторую ступень, должно составлять около 20–25% по теплу;
• - коэффициент избытка воздуха – á в агенте, транспортирующем топливо-восстановитель, не должен превышать 0,35;
• - в качестве топлива-восстановителя предпочтительней природный газ.

Соблюдение при модернизациях указанных качественных характеристик обеспечивает снижение концентрации оксидов азота в 3 и более раз .

Там же утверждается, что высокотемпературный (до 600–800 °С) подогрев топливной пыли позволяет снизить в 3–5 раз образование «топливных» оксидов азота в пылеугольном факеле.

8.1.9. Результат от внедрения комплекса различных методов подавления NО x применительно к котлу ТГМП-114 (а) и котлу ТГМ-96Б, отапливаемых мазутом, приведен на рис. 8.3 .

Рис. 8.3. Применение комплекса технологических методов для подавления NО x на газомазутных котлах при О 2 = 6%: I – исходный вариант; II – малотоксичные горелки; III – горелки + рециркуляция; IV – горелки + ступенчатое сжигание + рециркуляция; V – ступенчатое сжигание; VI – ступенчатое сжигание + рециркуляция

8.1.10. Замена инжекционных горелок (ИГК) на вихревые газомазутные горелки дутьевого (напорного) типа у котлов паропроизводительностью до 10 т/ч («ДКВ», «ДКВР», «ДЕ», «Универсал» и др.) снижает содержание NО x в дымовых газах ∼ в 1,5–1,6 раза .

8.1.11. Модернизация горелок на котле ТГМ-84, отапливаемого природным газом, позволила снизить содержание NО x в уходящих дымовых газах н 30% и довести концентрацию NО x до 110 мг/м 3 при á = 1,4 .

Рис. 8.4. Газомазутная горелка котла ТГМ-84: а – проектная, б – модернизированная

До модернизации эксплуатировались горелки конструкции ЦКТИ (рис. 8.4, а ): газы рециркуляции в горелки подавались по периферии улиточного короба. В модернизированных горелках (рис. 8.4, б ) газы рециркуляции подаются по всему радиусу улитки.

8.1.12. Предварительная (вне топки) термическая подготовка угля – нагрев угля в бескислородной среде до температуры 650–850 °С способствует развитию процесса пиролиза угольных частиц с разрушением термически неустойчивых азотосодержащих соединений и переходом выделяющегося атомарного азота в молекулярный инертный азот.

Разработанная «Уралтехэнерго» встроенная система подогрева пыли (ВСП) полностью обеспечивает предварительную термическую подготовку угля . ВСП может быть использована в пылеугольных грелках различного типа – вихревых, прямоточных, плоскофакельных – при подаче в систему высококонцентрированной аэросмеси. Конструктивно ВСП состоит из двух основных разъемных блоков – камеры сжигания вспомогательного топлива и рабочего канала (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Конструктивная схема вихревой пылегазовой горелки со встроенной системой подогрева угольной пыли (ВСП): 1 – основная горелка; 2 – камера сжигания вспомогательного топлива; 3 – рабочий канал; 4 – вспомогательная газовая горелка; 5 – патрубок подачи высококонцентрированной аэросмеси; 6 – запальник

Камера сжигания служит для воспламенения топливовоздушной смеси и формирования факела в ограниченном объеме.

В рабочем канале происходит: догорание вспомогательного топлива; смешение угольной пыли с высокотемпературными продуктами сгорания вспомогательного топлива; подогрев угля и выделение летучих.

Опыт промышленной эксплуатации ВСП позволил существенно улучшить выгорание топлива – содержание горючих в уносе составляет 5–6%. Концентрация оксидов азота в дымовых газах снижается до 60–70% от исходного уровня.

8.1.13. Низкоэмиссионная вихревая технология – НВТ или образование вихревого низкотемпературного процесса (НВТ) происходит в результате взаимодействия встречно-смешенных струй, вытекающих из наклоненной вниз под углом á горелки, и воздушного сопла нижнего дутья, установленного внизу топки по всей ее ширине и направленного вдоль ската холодной воронки под горелки (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Аэродинамическая схема низкотемпературного вихревого процесса

Наклон горелок позволяет направить значительную массу топлива в нижнюю часть топки, где наиболее крупные фракции при развороте струи под действием инерции и собственной массы сепарируются из потока, вовлекаются нижним дутьем в многократную циркуляцию и сгорают в низкотемпературном вихре, а мелкие сгорают в прямоточной части факела .

Подача практически всего вторичного воздуха только через верхние сопла обеспечивает на начальном участке нижних ярусов избытки воздуха, равные 0,3–0,5. Поэтому горение в верхней части топки ведется в режиме дожигания, а в нижней – в полувосстановительной атмосфере. Снижение максимальной температуры в топке и на выходе из нее исключает шлакование экранов и пароперегревателя.

Внедрение НВТ путем модернизации котлов ПК-10, отапливаемых твердым топливом, позволило снизить в отходящих газах содержание:

• - NО x (при О 2 = 6% и при нормальных условиях) с 900–860 мг/м 3 до 330–415 мг/м 3 ;
• - SO 2 на 25–35%.

В объем модернизации (рис. 8.7) входят:

• реконструкция горелок, связанная с установкой дополнительных насадок на сопла аэросмеси и вторичного воздуха;
• устройство ввода нижнего дутья;
• размещение воздуховодов с регулирующими органами (шиберами);
• ввод дробленки CaCO 3 (фракция 0,035 м) посредством дозатора на угольную ленту существующей топливоподготовки.

Рис. 8.7. Схема модернизации котлов ПК-10

8.1.14. При реализации схемы двухступенчатого сжигания пылеугольного топлива на котлах с фронтальным расположением горелок или открытыми амбразурами (например, на котлах БКЗ-75-39 ФБ) в предлагают определять по следующим формулам.

Оптимальную область ввода третичного воздуха в соответствии с :

H = 0,5(D г + h 3) + 1,5(V daf /10) 0,5 , м,

где Н – расстояние между осями горелок и воздушных сопл, м; D г – диаметр горелки, м; h 3 – высота выходного сечения сопла, м; V daf – выход летучих на горючую массу, %.

Долю третичного воздуха по формуле:

∆α 3 = α″ т – (α г + ∆α т),

где α т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, ∆α т – присосы воздуха в топочную камеру, α г – коэффициент избытка воздуха в горелках.

Эффективность ступенчатого сжигания в соответствии с :

η Nox = 340 (H 0,5 – 3∆α3) × , %;

Увеличение температуры газов на выходе из топки – ∆Θ″ т в соответствии с :

∆Θ″ т = 35Н(1,1 – α г) 0,5 , °С;

Потери тепла с механическим недожогом – ∆q 4 в соответствии с :

∆q 4 = 30*H /V daf *(1,1 – α г) 2 , %.

8.1.15. Количество «термических NO x », образующихся при горении топлива, зависит от уровня максимальной температуры в ядре горения, а при горении природного газа образуются еще и «быстрые NO x », количество которых практически не зависит от температуры факела. Считают , что единственным средством для снижения «быстрых» – это полное предварительное смешение топлива с воздухом .

Фирмой Radiom Corporation (США) разработана горелка R-RMB TM . Эта горелка по данным подавляет образование как «термических» так и «быстрых» NO x . Принципиальная схема горелки приведена на рис. 8.8. Особенностью горелки является способность чрезвычайно быстрого смешения топлива с газовоздушной смесью. Достигается это в результате вода мельчайших струй природного газа в поток газовоздушной смеси в межлопаточном пространстве, обеспечивая тем самым высокую турбулентность потока.

Рис. 8.8. Схема работы горелки R-RMB TM: 1 – центральная форсунка для мазута; 2 – природный газ; 3 – воздух и газы рециркуляции; 4 – закручивающие лопатки (в промежутки лопаток подается природный газ); 5 – распыленный (дисперсный) мазут; 6 – смесь природного газа, воздуха и газов рециркуляции; 7 – стенка топочной камеры; 8 – наружная зона рециркуляции; 9 – внутренняя зона рециркуляции; 10 – участок интенсивного перемешивания топлива с газовоздушной смесью

Ориентировочно: длина факела ∼1,8 м; сопротивление по воздуху ∼1650 Па; сопротивление по природному газу ∼34–35 Па – соответствуют оптимальному режиму работы горелки.

Горелка R-RMB TM по данным обеспечивает снижение концентраций NO x в отходящих дымовых газах до уровня, который возможен при использовании метода селективного каталитического восстановления с использованием аммиака, т.е. до 9 ÷ 5 ppm (1 ppm = 1 см 3 /м 3). Отсутствие ступенчатой подачи топлива или воздуха при использовании горелок R-RMB TM позволяет избегать побочных отрицательных явлений. В частности в продуктах сгорания практически отсутствуют CO и углеводороды.

8.1.16. Эффективным методом снижения выбросов NO x является применение трехступенчатой схемы сжигания топлива (схема с восстановлением NO x или «Ребенинг») . Сущность схемы заключается в сжигании основной части топлива с избытком воздуха выше стехиометрического, например, α = 1,05 и организации после практически полного завершения выгорания топлива зоны восстановления. Зона восстановления образуется за счет подачи в нее топлива – восстановителя при α = 0,9–1,0. Третья ступень – зона дожигания организуется путем подачи в конец зоны восстановления избыточного третичного воздуха.

Сжигание высокореакционных углей с применением такой схемы позволяет снизить выбросы NO x на 40–60%.

Общая структура мероприятий по предотвращению выбросов в окружающую среду на опасных предприятиях представлена на рис. 3.14. Благодаря такому сочетанию представленных на схеме мер достигается снижение отрицательного воздействия вредных веществ на окружающую среду. Эффективность собственно технологических мероприятий по снижению выбросов в окружающую среду определяется экологической чистотой процессов. Экологически.

Рис. 3.14

чистым процессом является такое производство или совокупность производств, в результате практической деятельности которых негативное воздействие на окружающую среду не происходит или сводится к минимуму. Такие малоотходные технологические системы обеспечивают максимальное и комплексное использование сырья и энергии.

Для предприятий нефтепереработки и нефтехимии, в общем случае, это означает: модернизацию технологического оборудования; контроль за герметизацией оборудования и соблюдением технологического режима; разработку аппаратуры, предотвращающей выбросы в атмосферу либо ограничивающей их до допускаемых уровней; улучшение качества моторных и котельных топлив; очистку отходящих газов; совершенствование и сокращение факельной системы и т.д.

Целесообразность и направленность технологических и организационных мероприятий по предотвращению выбросов и улучшению экологической обстановки определяется результатами наблюдений за средой и выбросами в нее. Совершенство системы наблюдений обеспечивает эффективность применения технологических мероприятий к тем или иным производствам.

Таким образом, развитая система мониторинга окружающей среды предприятия дает возможность не только получать достаточно полную информацию о состоянии окружающей среды (МС) и источников выбросов (MB) в режиме реального времени, но и обеспечивает управление окружающей средой за счет целенаправленного и эффективного использования организационных и технологических мероприятий.

К мероприятиям по снижению выбросов вредных веществ, относят:

• · - совершенствование технологических процессов и внедрение малоотходных и безотходных технологий;
• · - изменение состава и улучшение качества используемых ресурсов;
• · - комплексное использование сырья и снижение потребления ресурсов, производство которых связано с загрязнением окружающей среды;
• · - изменение состава и улучшение качества выпускаемой продукции (неэтилированные бензины, малосернистые топлива и т.д.);
• · - очистку сбрасываемых промышленных газов;

К мероприятиям по снижению степени распространения вредных веществ, относят: нейтрализацию, консервацию, захоронение и утилизацию выбросов. Следует отметить, что строительство высоких и сверхвысоких труб не уменьшает выброс вредных веществ в атмосферу и степень их распространения, а обеспечивает снижение приземной концентрации вредных примесей.

При рассмотрении технологических мероприятий по снижению выбросов вредных веществ их принято разбивать на группы в соответствии с тем, выбросы каких веществ они предотвращают.

К мероприятиям, проводимым по снижению выбросов оксида углерода, относятся:

• · - каталитический дожиг отходящих газов;
• · - утилизация больших количеств газа в котлах-утилизаторах;
• · - дожиг отходящих газов в регенераторе (установка Г-43-107) на базе применения промотирующих добавок к основному катализатору процесса крекинга.

С ростом доли тяжелого и остаточного сырья в общем объеме сырья каталитического крекинга, а также с ужесточением экологических требований актуальность проблемы сокращения вредных выбросов в атмосферу на этих установках возрастает. Одним из наиболее рациональных и перспективных способов совершенствования процесса регенерации является регулируемое окисление СО и связывание SO 2 в объеме регенератора с помощью специальных катализаторов.

Наиболее эффективный подход к сокращению выбросов оксида углерода - предотвращение его образования. С этой целью проектируются форсунки, обеспечивающие хорошее смешение с воздухом, внедряются системы контроля за полнотой сгорания топлива и другие мероприятия. К сожалению, меры, направленные на подавление образования оксида углерода, приводят к повышению концентрации оксидов азота и наоборот. Поэтому каждый тип устройств для сжигания следует оценивать по выбросам отдельных загрязняющих веществ.

При выделении больших количеств оксида углерода (например, при выжиге кокса на регенераторных установках) его собирают и сжигают в котлах-утилизаторах. При низких концентрациях СО в выбросе требуется применять устройства для каталитического дожигания. Оксид углерода можно избирательно отделить от других газов посредством промывки специальными растворами, например, аммиачным раствором формиата меди.

Снижение выбросов оксида углерода на установках каталитического крекинга достигается дожигом отходящих газов, осуществлением полного дожига непосредственно в регенераторе на базе применения промотирующих добавок к основному катализатору (благородный металл на оксиде алюминия). Концентрация СО в отходящих газах снижается при этом от 10 до 0,1%.

Дожиг является также основным методом нейтрализации для других источников выбросов оксида углерода и других вредных углеводородов с применением новых, более эффективных катализаторов дожига. Так, разработан гранулированный катализатор НТК-11 для низкотемпературной конверсии оксида углерода с водяным паром в производствах аммиака, водорода, синтеза метанола и других процессах.

Проведены испытания установки термокаталитического дожига газов окисления битумного производства. Ранее применительно к катализатору НИИОГАЗ-10Д было показано, что при температуре в слое катализатора 500-560°С достигаются следующие пределы окисления примесей: 72-87% для С-Н и СО; 91-92,5% для H 2 S; 73-74% для RSH. На основе исследований разработан технологический регламент процесса с использованием термической и каталитической ступеней дожига. Термический процесс при температуре 400-450°С протекает в циклонной топке со степенью окисления: 75-90% H 2 S; 23-71% RSH и 56-83% СО + (СН). Каталитическое окисление проводится при температуре 500-550°С; эффективность обезвреживания оксида углерода и органических продуктов может достигать 99,8%.

Пассивные способы уменьшения загрязнения атмосферы

Эти способы предназначены для уменьшения вредного воздействия газообразных выбросов на растительный и животный мир. При этом абсолютное количество вредных выбросов не уменьшается, происходит только их разбавление в атмосферном воздухе и снижение опасных концентраций до уровня предельно допустимых.

Наиболее распространенными пассивными способами уменьшения вредного влияния газообразных выбросов являются следующие.

Размещение предприятий с учетом розы ветров. Ветер представляет собой движение воздуха относительно земной поверхности, вызванное неравномерным распределением атмосферного давления. Обычно такое движение воздуха направлено от высокого к низкому давлению. Ветер характеризуется скоростью (м/с, км/час) и направлением.

Проектирование и строительство промышленных предприятий осуществляется с учетом розы ветров. Она представляет собой векторную диаграмму, которая характеризует режим ветра в данном месте по многолетним наблюдениям.

Учет розы ветров позволяет строить промышленное предприятие так, чтобы его вредные газообразные выбросы уносились ветром в противоположном направлении от города или населенного пункта.

Создание санитарно-защитных зон в виде лесопосадок и парков. Санитарно-защитные зоны вокруг промышленных предприятий не только способствуют разбавлению вредных газообразных выбросов в воздухе, но и поглощают их.

Установлено, что 1 гектар леса в возрасте 20 - 30 лет за вегетационный период поглощает листьями 500 - 700 кг диоксида серы, 400 кг серного ангидрида, 180 кг оксидов азота, 100 кг хлора, 40 кг фтора, 20 кг фенола, задерживает до 18 т пыли. Таким образом, благодаря дыханию и автотрофному питанию, растения способны очищать значительный объем воздуха. При этом устойчивые виды растений не погибают, а накапливают и обезвреживают достаточно большое количество токсичных веществ.

Введение режимных условий работы предприятий. Режимные условия работы промышленных предприятий заключаются в следующем. В ветреную погоду производство работает на полную мощность, а в безветренную мощности производств, в которых образуются вредные выбросы, уменьшают.

Использование высоких труб. Для рассеивания вредных выбросов на большие площади используют высокие дымовые или выхлопные трубы. Известно, что дымовая труба высотой в 200 метров рассеивает вредные выбросы на площади радиусом в 25 км, тогда как трубы высотой в 250 метров увеличивают радиус площади рассеивания до 75 км.

В то же время при частом расположении дымовых труб эффект рассеивания не достигается из-за перекрывания площадей рассеивания однотипных вредных выбросов из различных труб, например, диоксида серы в составе дымовых газов в городах Западной Европы.

Расположение промышленных предприятий с учетом рельефа местности. Обычно промышленные предприятия располагаются на возвышенных местах, а населенные пункты -- в низменных, что позволяет рассеивать вредные газообразные выбросы в высоких слоях атмосферы даже с территории предприятий.

Активные способы уменьшения загрязнения атмосферы

Активные способы уменьшения загрязнения атмосферы предназначены для сокращения абсолютных количеств выбросов вредных газообразных веществ в окружающую среду. Наиболее широкое применение находят следующие активные способы:

Строительство предприятий по проектам, прошедшим экологическую экспертизу;

Совершенствование уже существующих технологий с повышением их экологической безопасности;

Строгое соблюдение технологического регламента рабочими и служащими предприятий;

Повышение экологической безопасности сырья перед его применением.;

Строительство газоочистных установок для улавливания и последующей утилизации или обезвреживания вредных газообразных выбросов. Однако это не всегда возможно из-за того, что стоимость газоочистных установок порой достигает 70% стоимости самих предприятий;

Создание малоотходных и безотходных технологий с газооборотным циклом.

Классификация способов очистки газовых потоков

По назначению все процессы очистки газовых потоков подразделяются на две группы: технологическую и санитарную.

Технологическая очистка газов. Целью технологической очистки газовых потоков является получение чистого газообразного сырья для производства товарной продукции.

Технологическая очистка газовых потоков также находит широкое применение в производстве синтетических каучуков и пластических масс для разделения насыщенных и ненасыщенных углеводородов. Аппараты или установка для технологической очистки газов располагаются в основной технологической линии либо в начале ее, либо в середине.

Санитарная очистка газов. Она предназначена для уменьшения содержания вредных пылевидных, газообразных и парообразных веществ в газовых потоках, выбрасываемых в атмосферу. Процессы санитарной очистки газовых потоков широко применяются в различных отраслях промышленности и народного хозяйства. Наиболее типичные примеры использования санитарной очистки газов -- это улавливание летучей золы, диоксида серы и оксидов азота из дымовых газов тепловых электростанций, оксидов азота в производстве азотной кислоты, диоксида серы в производстве серной кислоты.

По принципу действия способы очистки и обезвреживания газовых выбросов от вредных примесей подразделяются на: физические; физико-химические; термические и термокаталитические.

Эти способы получили широкое распространение во всех отраслях промышленного производства и потребления как при технологической, так и санитарной очистке газов. Поэтому рассмотрим их в отдельности более подробно. (Мухумутдинова А.А.,1998г.)