На главную стр.
  Новости     О Фирме     Котельное оборудование и комплектующие     Технология ВЦКС     Проектирование     Референц-лист     Котлосалон     Контакты  

Технология ВЦКС  >>

» Технология ВЦКС
» Экологические аспекты

Продажа котельного оборудования и комплектующих

» Барабаны, трубы, камеры (коллекторы) к котлам КЕ и ДКВр
» Котел-утилизатор КВДП-0,6
» Котлы под ручной заброс типа КВДР
» Котел паровой КПГМ-1,25/10 мощностью 1,25 т/ч
» Прочие комплектующие к котлам КЕ и ДКВр
» Предохранительные клапаны
» Циклоны батарейные типа БЦ-512
» Циклоны прямоточные типа ПЦ
» Эжекторные группы
» Чугунные котлы

Котлы ВЦКС

» Реконструкция котлов с переводом на ВЦКС
» Новинки котлостроения
» Типоразмеры водогрейных котлов
» Паровые котлы ВЦКС
3,9—25 т/ч (реконструкция)
» КЕ-25
» КЕ-10
» КЕ-Ф-3,9
» ДКВр-20
» ДКВр-10
» ДКВр-6(9)
» Водогрейные котлы ВЦКС
6,5—70 Гкал/ч (7,54—81,2 МВт)
(реконструкция)
» КВ-ТС-70
» КВ-ТС-20
» КВ-ТС-10
» КВ-ТС-6,5
Вновь разработанные и изготовленные
котлы ВЦКС
» КВФО-45
» КВФО-15
» КВФО-4
» КВФО-3
» КВФО-1,75
» КВФО-1,3-7,4
» КЕ-35-24-350
» Братск-1
» КВРФ-1,5
» КВФП-1,3
» ДКВр-4
» Е-30-24-370
» Е-30-1,4-250
» КВ-ФО-30
» Е-15-7,0
Печи-сушилки ВЦКС
» Теплогенераторы ВЦКС для печей-сушилок ЦОФ и ГОК
Механизация котлов ручного обслуживания
» Механизация работы котлов малой мощности
Теплогенераторы ВЦКС
» 2011 г. Теплогенератор для сушки каолина с топкой ВЦКС производительностью 4,5 Гкал/ч
(г. Днепропетровск, Украина)


Экологические аспекты применения технологии высокотемпературного циркулирующего кипящего слоя (ВЦКС):

   Для сжигания твердого топлива в котлах промышленной энергетики


   В аспекте эмиссии выбросов из котлов промышленной и отопительной энергетики к основным загрязнителям атмосферы относятся оксиды азота, оксиды серы и летучая зола.

   Рассмотрим последовательно условия образования этих выбросов и средства их подавления.


Оксиды азота

   При сжигании твердого топлива действуют три основных механизма образования оксидов азота:

  • путем окисления азота воздуха - так называемые "воздушные" или "термические" оксиды азота;
  • через промежуточные продукты сгорания циановой группы в пламени углеводородных смесей, так называемые "быстрые" оксиды азота;
  • оксиды азота, привносимые азотом, содержащимся в самом топливе - "топливные".

   В процессе слоевого сжигания твердого топлива вне зависимости от типа используемых топочных устройств, включая и решетки кипящего слоя, практически отсутствуют условия образования "быстрых" и "воздушных" NOх ввиду невысокого температурного уровня, не превышающего, как правило, 1300°С. Таким образом, можно считать, что практически вся масса NOх, выбрасываемых в атмосферу из промышленных котлов на твердом топливе (кроме пылеугольных котлов с камерным сжиганием топлива), образовалась из азота угольного вещества.

   Концентрация выбросов NOх находится в прямой зависимости от параметров процесса сжигания. Наибольшее влияние на количество образующихся оксидов азота оказывают особенности распределения окислителя (кислорода), подаваемого в топочную камеру, которые определяются величиной избытка воздуха в зоне активного горения, наличием или отсутствием второй ступени сжигания и рециркуляции дымовых газов.

   Многочисленные публикации свидетельствуют о строгой функциональной зависимости эмиссии оксидов азота от коэффициента избытка воздуха в топке. Снижение доли окислителя, поданного на начальном участке воспламенения топлива, ведет к повышению степени газифицирования (перехода в газ) азота топлива, выделению его из топлива вместе с летучими компонентами и снижению доли азота, остающегося в коксе. Максимум газифицированного топливного азота отмечен при α1 = 0,6 (где α1 - коэффициент подачи первичного воздуха). Это значение отмечается как некая переходная точка, в которой концентрация выбрасываемых NOх имеет минимальное значение, что объясняется взаимосвязью концентраций CO и NOх. Это обстоятельство подтверждается и с позиций термодинамики, так как оба эти соединения связаны между собой через концентрацию кислорода и при недостатке окислителя его основная часть легче связывается с углеродом.

   Из вышесказанного становится очевидным, что для снижения выбросов NOх из промышленного котла необходимо создать в его топочной камере оптимальные технологические условия, не допускающие образования оксидов азота на первой стадии горения. Это достигается организацией двухступенчатого сжигания топлива со снижением коэффициента подачи первичного воздуха до значения в пределах 0,55-0,65. Тогда при выходе летучих компонентов на первом этапе процесса горения обеспечивается дефицит окислителя, который будет израсходован (по условиям термодинамики) на реакции с углеродом. Азот же, вышедший из топлива одновременно с летучими, перейдет в безвредную молекулярную форму N2.

   В последнее время большое внимание в плане снижения выбросов оксидов азота привлекает такое технологическое мероприятие, как рециркуляция дымовых газов. Как показали результаты экспериментов и данные повседневной эксплуатации котлов с рециркуляцией, присадка CO2 из дымовых газов к первичному воздуху позволяет, сохраняя устойчивость псевдоожижения, снизить выбросы NОх на 30-50%.

   В плане конструктивного оформления технологических мероприятий по снижению выбросов NOх затруднения возникают, большей частью, на слоевых котлах с топками низкой компоновки, где сложно организовать две полноценные ступени подачи воздуха.

   В промышленных котлах с топками высокотемпературного кипящего и циркулирующего слоя (ВТКС и ВЦКС) имеются значительно большие возможности для внедрения технологических мероприятий по снижению выбросов NOх. Наклонная конструкция узкой решетки благодаря перераспределению первичного воздуха по зонам позволяет в широком диапазоне нагрузок поддерживать при устойчивом псевдоожижении коэффициент избытка воздуха меньше 1. Газы рециркуляции, обедненные кислородом, подаются в общий короб и поступают в оптимальную для подавления NOх зону - зону выхода и воспламенения летучих.

   Для эффективного дожигания продуктов неполного сгорания в объеме топочной камеры промышленного котла ВЦКС служит вторая воздушная ступень, оптимально размещенная благодаря высокому топочному пространству.

   По сравнению с результатами эксплуатации серийных слоевых промышленных котлов совместное применение на действующих котлах ВЦКС указанных технологических внутритопочных методов подавления выбросов дает снижение концентрации NOх с 500-400 мг/м3 до 300-250 мг/м3.


Оксиды серы

   В отличие от механизма образования оксидов азота процесс образования оксидов серы практически не зависит от величины избытка воздуха. На выбросы SO2 влияют:

  • содержание серы в топливе;
  • температура процесса;
  • состав золы топлива;
  • наличие и эффективность работы системы возврата уноса;
  • количество и качество вносимого сорбента.

   При температурах 700-900° 99% серы S окисляется до SO2 и 1% до SO3. Количество выбросов SO2 в уходящих газах определяется, в основном, содержанием серы в топливе. Однако, часть образовавшегося SO2 может быть превращена в безвредные сульфиты кальция и магния свободными оксидами СаО и МgО, содержащимися в золе угля. Возможное снижение выбросов SO2 за счет активных составляющих золы зависит от их содержания в золе, температурного уровня процесса и времени контакта реагирующих компонентов.

   При сжигании топлив в кипящем и циркулирующем слое благодаря повышенной концентрации золовых частиц в надслоевом пространстве топочной камеры промышленного котла это снижение может достигать существенных значений (50% и более). Сорбционная способность золы топлива по отношению к оксидам серы, кроме содержания в ней оксидов Са и Mg, зависит от соотношения других составляющих, в частности, Si/Na и Si/Al. Так, например, в золе некоторых углей содержится много активного натрия (Si/Na до 36). Поэтому, несмотря на то, что соотношение Са/S в таких углях составляет всего 0,4, коэффициент улавливания серы собственной золой топлива достаточно высок. Зола углей ряда сибирских месторождений хорошо улавливает серу благодаря особенностям своего минералогического состава, а также возможным присутствием в золе Cl, способствующего повышению пористости золы-сорбента. В Японии, например, для этих целей специально добавляют к топливу 0,5% (весовых) NaCl или CaCl2.

   Эффективность подавления оксидов серы в большой степени зависит от типа выбранного сорбента (известковой присадки) и его расхода.

   Расход сорбента определяется содержанием серы в топливе, соотношением Ca/S и рассчитывается по стехиометрии реакции:

        1 моль Са : 1 моль S (Ca/S=1:1),

что соответствует, примерно, 3,12 кг известняка или 5,75 кг доломита на 1 кг серы в топливе. Полное поглощение при теоретическом стехиометрическом расходе сорбента недостижимо, поэтому на практике сорбент всегда берется в избытке (Ca/S = 3 ÷ 4).

   В отечественной промэнергетике, ввиду относительно невысокого содержания серы в большинстве потребляемых каменных углей, достаточно умеренных норм ПДВ и неприспособленности серийных слоевых котлов к применению технологических методов снижения выбросов, внедрение мероприятий по подавлению оксидов серы носит пока экспериментальный характер и широкого применения не получило.

   За рубежом для подавления SO2 применяются следующие методы:

  • предварительная очистка угля от серы перед сжиганием;
  • технологические мероприятия - добавка сорбентов к топливу, вдувание молотого сорбента во вторую воздушную ступень или в возврат уноса;
  • специальные методы очистки дымовых газов в десульфуризационных установках, которые ввиду высокой стоимости используются, как правило, за крупными энергоблоками.

   Для отечественных промышленных котлов, использующих угли с содержанием серы Sр >= 0,6-0,7% было бы целесообразно организовать подавление образующихся оксидов. В этом направлении наиболее перспективным представляется применение именно технологических методов снижения SO2, которые отличаются достаточной эффективностью при относительной простоте, а также малыми капитальными затратами по сравнению с использованием специальных установок по обессериванию топлива и/или уходящих газов.

   При сжигании в кипящем слое подавляющего большинства кузнецких углей, включая "Т" и "ССР", отличающихся относительно низким содержанием серы (в среднем 0,3-0,4%) соблюдение санитарных норм обеспечивается за счет поглощения SO2 собственной золой топлива без применения каких-либо дополнительных кальциевых присадок.


Летучая зола

   В отличие от газообразных вредных выбросов, которые в промышленных котлах практически всегда удается снизить до норм ПДВ путем изменения технологии процесса сжигания при реконструкции котлов на ВЦКС, снижение твердых выбросов требует обязательного применения эффективных золоуловителей.

   В соответствии с типовыми проектами прошлых лет большинство отечественных промышленных котлов на твердом топливе укомплектованы морально устаревшими и физически изношенными механическими золоуловителями типа БЦ-2 с проектной эффективностью очистки газов до 85%, а реально обеспечивающими удовлетворительное улавливание лишь достаточно крупных фракций уносимой золы. По результатам многочисленных испытаний фактический КПД этих циклонов в исправном состоянии не превышает 75-80%, а после нескольких лет эксплуатации вследствие износа и забивания золой части циклонных элементов не редко составляет 60-70%.

   Промышленные котлы со слоевым способом сжигания из-за низкой компоновки топочной камеры характеризуются повышенными выбросами летучей золы и, соответственно, высокими потерями с механическим недожогом. Необходимо также отметить не совсем удачную компоновку, малую производительность и низкую надежность штатных систем возврата уноса, не рассчитанных на реальные условия эксплуатации при существенно более высоком расходе транспортируемой золы, чем было заложено при их проектировании.

   В аспекте снижения твердых выбросов реконструкция типовых слоевых промышленных котлов на сжигание угля в ВЦКС обеспечивает:

  • увеличение высоты и объема топочного пространства за счет размещения решетки ВЦКС ниже штатной отметки обслуживания котла (т.е. в зольном отделении котельной), что позволяет существенно улучшить условия выгорания топлива;
  • установку в топочной камере дополнительного поворотного экрана для организации встроенного сепаратора (поворотной камеры) непосредственно перед конвективным пучком для осаждения основной массы грубых фракций уноса;
  • реконструкцию системы возврата уноса для повышения ее производительности, эффективности и надежности;
  • применение эффективных золоуловителей последнего поколения со степенью очистки газов до 96%.

   За рубежом, в связи с чрезвычайно жестким природоохранным законодательством, наиболее широкое применение для очистки дымовых газов за котлами кипящего слоя нашли тканевые фильтры, эффективность которых достигает 97-99%.

   В отечественной промэнергетике установки тканевой фильтрации (ТФ) практически не применяются. К основным причинам, сдерживающим внедрение этих высокоэффективных аппаратов, следует отнести:

  • высокие капитальные затраты на установку;
  • высокая требовательность к культуре обслуживания и техническому уровню персонала;
  • серьезные ограничения по температуре очищаемых газов и содержанию в них паров серной кислоты, высокая стоимость специальной термокислотостойкой ткани;
  • значительные габариты;
  • относительно высокое аэродинамическое сопротивление;
  • отсутствие на отечественном рынке серийно выпускаемых ТФ, специально предназначенных для нужд промэнергетики;
  • умеренные отечественные нормы по ПДВ летучей золы.

   Второе место по востребованности в качестве золоуловителей за промышленными котлами кипящего слоя в ведущих странах мира занимают электрофильтры. В России электрическая очистка газов используется, главным образом, за крупными энергетическими котлами на многозольном топливе.

   Использование электрофильтров в промэнергетике, целесообразное в ряде случаев в экологическом плане, требует, как правило, значительной реконструкции старых и сооружения новых помещений, так как габариты наименьшего из приемлемых к установке электрофильтров типа ЭГА составляют 4,9 х 9,3 х 12,4 м, а масса - 38,9 т. Надежность работы электрофильтров обеспечивается тонкой наладкой и квалифицированным обслуживанием их повысительно-выпрямительного оборудования, систем регулирования тока короны и подавления обратного коронирования. В противном случае имеет место снижение эффективности аппаратов с 96-97% до 85-90% и даже ниже, особенно при неблагоприятных электрофизических характеристиках золы. Для золы бурых углей, например, оптимальная температура в электрофильтрах составляет около 140°С, для золы большинства каменных углей - около 100°С, т.е. температура близка к точке кислотной росы или даже ниже ее. Фактическая температура уходящих дымовых газов на входе в электрофильтры, особенно при сжигании каменных углей, существенно выше величины, оптимальной для улавливания золы в ЭФ. Для снижения температуры иногда используется впрыск воды в дымовые газы или применение специальных газовых теплообменников, что существенно усложняет схему очистки газов. Как и в случае с тканевыми фильтрами, применению ЭФ в промэнергетике существенно препятствуют внушительные габариты установок и высокие капитальные и эксплуатационные затраты.

   К высокоэффективным золоуловителям, более широко используемым в отечественной промэнергетике, чем тканевые и электрические фильтры, относятся аппараты мокрой очистки дымовых газов - скоростные газопромыватели с турбулентными коагуляторами Вентури (ТКВ) конструкции ОРГРЭС-ВТИ. Степень очистки газов в установках этого типа может составлять 92 - 97% в зависимости от степени орошения (т.е. расхода впрыскиваемой воды) и скорости дымовых газов в горловине трубы Вентури (т.е. аэродинамического сопротивления). Однако, следует иметь в виду, что возможность применения мокрой очистки газов, тем более при реконструкции котельных, достаточно ограничена. Орошение мокрых золоуловителей оборотной водой зачастую нарушается карбонатными отложениями в орошающих устройствах, что сопряжено с падением КПД установок, и поэтому рекомендуется только для топлив с ограниченным содержанием оксида кальция в золе. К тому же, по условиям предотвращения быстрой коррозии аппараты требуют строгого соблюдения расчетного температурного режима. Подпитка технической водой или полный перевод мокрого золоуловителя на техническую воду в ряде регионов уже невозможен ввиду предельного загрязнения водоемов. При невозможности орошения мокрых скрубберов по замкнутому циклу, т.е. со строительством отстойников шлама, их установка за вновь строящимися или реконструируемыми котлами не рекомендуется из-за дефицита пресной воды и загрязнения водных бассейнов.

   По указанным причинам наибольшее распространение при реконструкции на ВЦКС действующих котлов получили батарейные золоуловители БЦ-512 - мультициклоны последнего поколения с улиточными завихрителями газов, специально разработанные для эффективного инерционного улавливания уносов из промышленных и отопительных котлов. Эти аппараты отличаются предельно высоким для инерционных сепараторов КПД при умеренном аэродинамическом сопротивлении, простотой обслуживания, надежностью, компактностью и приемлемой стоимостью, т.е. разумным соотношением "цена-качество". В ряде случаев (при высокой зольности топлива и наличии свободного места за котлом) перед мультициклонами устанавливается предварительная ступень очистки газов в виде одного или двух параллельно включенных прямоточных циклонов. Среднеэксплуатационная эффективность одноступенчатого золоуловителя типа БЦ-512 составляет не менее 92%, двухступенчатого - 94-95%, что обеспечивает после реконструкции котла снижение твердых выбросов в атмосферу как минимум в 2,5-3,5 раза, и, как правило, является достаточным для соблюдения установленных в регионе норм по ПДВ летучей золы.


Резюме

   В экологическом аспекте использование технологии ВЦКС в промышленной и отопительной энергетике позволяет:

  • 1. Только за счет особенностей способа сжигания топлива снизить выбросы оксидов азота в 1,3-1,5 раза по сравнению уровнем NOx слоевых котлов, т.е. обеспечить их концентрацию в пределах 250-300 мг/м3
  • 2. При сжигании углей с содержанием серы до 0,6-0,7% снизить выбросы оксидов серы до нормативных величин без применения специальных дорогостоящих методов очистки.
  • 3. При сжигании углей с повышенным содержанием серы обеспечить подавление оксидов серы наиболее простым и наименее затратным методом - путем присадки к топливу известняковой добавки.
  • 4. Обеспечить, как минимум, троекратное снижение выбросов летучей золы без применения дорогостоящих и громоздких аппаратов электрической, тканевой и мокрой очистки газов.

   В заключение следует отметить, что при особо высоком содержании в топливе компонентов, приводящих к образованию вредных выбросов, значительном фоновом загрязнении атмосферы и жестких требованиях к ПДВ ООО "Петрокотёл-ВЦКС", как разработчик технологии ВЦКС, готов заранее внести в разрабатываемый проект дополнительный комплекс мероприятий по глубокой очистке дымовых газов.



Увеличить...

198097,

Санкт-Петербург,

ул. Новоовсянниковская, д.19, корп.1.

Тел./факс:  (812) 786-88-97

моб. тел.:  957-62-76

E-mail:  mail@vcks.ru

Internet:  www.vcks.ru


  Новости     О Фирме     Котельное оборудование и комплектующие     Технология ВЦКС     Проектирование     Референц-лист     Котлосалон     Контакты  
Copyright ©  ООО «Петрокотел-ВЦКС»
Тел./факс: (812) 786-88-97
mail@vcks.ru
Rambler's Top100 Создание сайта - Студия «Арокх»
«Arokh Studio»  2004 – 2017 гг.
mail@arokh.ru