Лекции по экологии

Подождите немного. Документ загружается.

электрофильтры. Рукавные фильтры обеспечивают более

устойчивую и эффективную очистку, чем электрофильтры, но они

дороже и занимают больше места. К тому же рукавные фильтры не

температуростойки и выдерживают температуру при

синтетических тканях 130 °С и стеклотканях 230 °С.

Сухие электрофильтры являются наиболее удобными

аппаратами для очистки невзрывоопасных газов от пыли при

температурах до 400 °С в том случае, если запыленность газа на

выходе составляет не ниже 50 - 100 мг/м

при объемах очищаемого

газа свыше 50000 м

¤ ч. Если объем очищаемого газа меньше или

требуется более высокая эффективность очистки, то выбор между

электрофильтром и рукавным фильтром может быть сделан на

основе технико-экономического анализа.

При выборе схем газоочистки расчет эффективности следует

вести по остаточной запыленности газов. В случае невозможности

обеспыливания газов до требуемой остаточной запыленности в

одном аппарате приходится использовать многоступенчатые схемы

очистки газов.

2. СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ ОКИСЛОВ СИРЫ I! ЛЮТА

2.1 Методы снижения загрязнения атмосферы

газообразными компонентами

Одной из наиболее острых проблем защиты окружающей среды от

загрязнений выбросами промышленных предприятий является.

защита воздушного бассейна от газообразных примесей,

выбрасываемых с продуктами сгорания органических топлив.

Сера является одним из главных токсичных компонентов

топлива, оказывающих существенное влияние на окружающую

среду. В России месторождения углей с высоким содержанием

серы расположены в основном в европейской части страны, где и

сжигается наибольшее количество топлива (75%). В связи с этим

атмосферный воздух в отдельных промышленных районах

наиболее загрязнен окислами серы и другими примесями дымовых

газов.

Угли Экибастузского, Кузнецкого и Канско-Ачинске го

бассейнов имеют приведенную сернистостъ в 3 - 10 раз ниже

приведенной сернистости углей Донецкого и Подмосковного

бассейнов. В связи с меньшей сернистостью углей восточной части

страны сооружение там даже крупных ТЭС, как правило, не

требует применения установок по сокращению выбросов двуокиси

серы. На этих ТЭС нужно эффективнее сокращать выброс окислов

азота, т.к. для малосернистых топлив доля общей вредности

определяется в большей мере окислами азота, а их снижение в 2 -

2,5 раза не вызывает значительных дополнительных

капиталовложений и эксплуатационных расходов.

Сокращение выбросов сернистых соединений в атмосферу

может идти по следующим направлениям:

использование на ТЭС топлив с меньшим приведенным

содержанием серы;

предварительное извлечение серы в результате механического

или химического обогащения топлив на специальных предприятиях

или электростанциях;

связывание серы в процессе сжигания топлива;

очистка дымовых газов.

2.2 Удаление серы из жидкого топлива

Для выделения серы из топлива до его сжигания, топливо или

подвергается воздействию высоких температур, или этот процесс

идет в сочетании с воздействием химических веществ.

В процессе переработки нефти на нефтеперерабатывающих

заводах в легкие фракции переходит небольшое количество серы.

Большинство сернистых соединений (70 - 90%) концентрируется в

высококипящих фракциях и остаточных продуктах, которые входят в

состав мазута.

Обессеривание нефтяных топлив можно осуществлять

гидроочисткой. При гидроочистке происходит взаимодействие

водорода с сероорганическими соединениями и образуется

сероводород H

S. Он улавливается и может быть использован для

получения серы и ее соединений. Процесс гидроочистки идет при

температуре 300 - 450 °С, давлении до 10МПа и в присутствии

катализаторов. В качестве катализаторов применяют окислы

никеля, молибдена и кобальта.

Гидроочистка в настоящее время хорошо разработана и

экономически эффективна. Сложность процесса гидроочистки

состоит в том, что присутствующие в нефтепродуктах

металлоорганические соединения отравляют дорогостоящие

катализаторы. Частая замена катализаторов уменьшает

длительность кампании очистительной аппаратуры.

К тому же, при очистке остаточных продуктов резко возрастает

расход водорода. Водород получается как побочный продукт при

нефтепереработке. Если его недостаточно, то возникает

необходимость в сооружении специальных дорогих установок для его

регенерации. Все это приводит к удорожанию обессеривания.

Обессеривание топлива связано с большими капитальными

затратами. Снижение серы в котельном топливе с 2,5 до 0,5%

удваивает его стоимость. Обессеривание необходимо только в

крайних случаях. Например для ТЭЦ крупных городов при высокой

фоновой загазованности.

2.3 Удаление серы из твердого топлива

В твердом топливе сера содержится в трех основных формах: в

виде включений колчедана FeS

,серы, входящей в состав молекул

соединений органической массы топлива, и сульфатной серы, в

основном представленной сернокислыми солями кальция и щелочных

металлов.

Органическая сера равномерно распределена в массе угля и не

может быть отделена oт него в результате сухого или мокрого

обогащения. Сульфатная сера составляет небольшую долю общей

серы

В рсзультате простых методов обогащения из угля может быть

удалена только колчеданная сера. Плотность колчедана 4,85 -5,1т/м

т.е. в 2,5 раза больше плотности угля. Это свойство колчедана и

используется для отделения его от угля. Обогащение угля может быть

эффективно, когда колчеданная сера составляет значительную долю

общей серы. Например, для подмосковного угля в результате

применения даже сухого метода обогащения удается извлечь из

угля дробленки 25 - 30% серы в виде относительно крупных

включений колчедана. При этом стоимость такого извлечения

значительно ниже, чем в результате применения любых методов

очистки дымовых газов. Удаление колчедана из

топлива позволяет не только сократить выброс в атмосферу

двуокиси серы, но снижает интенсивность абразивного износа

размольных устройств и поверхности нагрева, понижает точку росы

дымовых газов, а следовательно, увеличивает надежность работы

котлоагрегатов.

Отсепарированный колчедан может быть использован для

получения серы.

Для отделения от угля органической серы необходимо

применение более сложных и дорогих технологических процессов.

Так, например, гидротермическое обессеривание углей,

заключающееся в обработке измельченного топлива в автоклавах при

температуре 225 — 350°С и давлении порядка 1,75МПа щелочными

растворами, содержащими гидраты окисей натрия и калия. В

результате такой обработки получается почти полностью

обессеренный уголь, который отделяется от жидкости

центрифугированием и сушится. Жидкость, содержащая сульфиды

натрия и кальция, регенерируется в результате обработки

углекислотой. При этом получается сероводород, из которого

извлекается элементарная сера.

2.4 Газификация углей

Т.к. твердое топливо становится главным в большой энергетике в

ряде стран ведутся работы по газификации углей. В ФРГ на

парогазовой установке мощностью 170МВт отрабатывается метод

газификации угля в твердом слое с использованием газогенератора.

Процесс идет при давлении 2,ОМПа и паровоздушном дутье. В

качестве сорбента H

S используется карбонат калия. Недостатками

газификации в твердом слое являются: дозированная загрузка,

ограниченный объем, требование неспекаемости угля и др..

Эти недостатки привели к поискам других методов газификации

(например, в кипящем слое). В США этот метод разработан для

парогазовой установки. Дробленый уголь подсушивается в сушилке с

кипящим слоем и подается в реактор. Там он подвергается

пиролизу при t = 720 - 950 °С. Из него выделяются летучие и сера. В

качестве сорбента H

S в реакторе используется известняк СаО.

Окончательная газификация образовавшегося в реакторе кокса (с

низким содержанием серы) происходит в газогенераторе при t =

1160 °С с использованием паровоздушного дутья. Выбросы серы в

окружающую среду уменьшаются на 95%, выбросы окислов азота -

на 90%.

Делаются попытки подземной газификации углей. Достоинство

этого метода - низкие капитальные затраты. В США осуществлен

проект газификации угольного пласта, находящегося на глубине

140м. Основная труднорешаемая проблема при использовании

этого метода - большие потери газа из-за неплотностей в системе

газификации.

2.5 Связывание серы в процессе сжигания топлива в

кипящем слое частиц известняка .

Процесс сжигания происходит в кипящем слое твердых частиц

размолотого известняка, в который погружены поверхности

нагрева котлоагрегата. Преимущество такого способа по сравнению с

камерным процессом заключается в более интенсивном

теплообмене в топочном устройстве, где поверхности нагрева

соприкасаются с движущимися раскаленными частицами. Кроме

того, эта технология позволяет примерно на 90% химически

связывать серу, содержащуюся в топливе в процессе его сгорания.

Более интенсивный теплообмен обуславливает пониженный

уровень температуры в зоне горения (760 - 980 °С). В связи с этим

уменьшается образование окислов азота по сравнению с камерным

процессом. Такой способ сжигания может использоваться для

топлив с высоким содержанием серы. При температуре ~ 900 °С

происходит термическая диссоциация известняка:

(2.1)

В реакцию с серой вступает СаО, образуя в конечном итоге

CaSO

- сульфат кальция.

Часть частиц кипящего слоя, поглотившая серу топлива,

подается пневмотранспортом на регенерацию. Регенератор

представляет собой аппарат, работающий по принципу кипящего

слоя. Регенерируемый материал поступает в слой, размещенный на

беспровальной решетке. Под решетку подаются продукты сгорания

топлива, поддерживающие в слое температуру на уровне 1000 -

1100 °С. Обжиг сернистых соединений кальция в регенераторе

производится при таких условиях, чтобы обеспечивалось течение

реакции:

(2.2)

В результате этой реакции газообразные продукты, выходящие из

регенератора, содержат около 10% сернистого ангидрида и после

очистки от механических примесей могут быть использованы для

производства серной кислоты и элементарной серы.

Наряду с положительными качествами новая технология

сжигания топлива имеет ряд недостатков: требуется создание

принципиально новых конструкций котлов, разработка установок для

приготовления фракций известняка, создание установок по

регенерации сернистых соединений кальция, улавливания твердых

частиц, уносимых из кипящего слоя, и др..

2.6 Газификация сернистого мазута

Процесс газификации является одним из перспективных

направлений в предотвращении загрязнения воздушного бассейна

окислами серы и азота.

Процесс газификации сернистого мазута разработан ВНИИНП.

Общая технологическая схема использования этого процесса в

условиях паротурбинной ТЭС разработана МВТ АН СССР.

Технология очистки продуктов газификации от твердых и

газообразных примесей разработана институтом НИИОГАЗ и

Гипрогазоочистка.

Рис. 2.1 Схема установки ВНИИНП для газификации

мазута 1 - насос, 2 - подогреватель; 3 - ресивер; 4 - форсунка;

5 - газогенератор 6 -сажеотделитель; 7 - скруббер;8 - отстойник; 9 -

насос.

Газификация мазута осуществляется в пустотелом генераторе, в

который подается мелко распыленный форсунками подогретый

мазут, и парокислородное дутье. Газификация происходит в

результате частичного сжигания мазута при недостатке воздуха,

соответствующем значению a = 0,4 - 0,45. При температуре

газификации 1000 - 1300 °С расход пара составляет 0,4кг,

кислорода 0.75 кг на 1кг мазута. Выходящий из газогенератора газ

промывается водой в скруббере и сажеотделителе. Затем сажа

отделяется от охлаждающей воды в отстойнике. Вода используется

повторно для орошения газа.

Горючими компонентами полученного газа являются метан и его

гомологи, окись углерода и водород. Из серы топлива образуется

сероводород. Он является более активным веществом

Рис. 2.2 Схема установки ИВТ АН СССР для

газификации мазута 1 - компрессор; 2 - реактор газификатор, 3

- котел-утилизатор; 4 - газо-газовый теплообменник, 5 - мокрая

очистка от сажи и золы, 6 - осветлитель промывочной воды, 7 -насос

циркуляции промывочной воды; 8 - система очистки от

сероводорода; 9 - газовая турбина, 10 - котел; 11 - барабан котла; 12 -

насос рециркуляции котловой воды.

Воздух из компрессора с параметрами 0,8МПа и 300°С и мазут

поступают в реактор-газификатор. В процессе газификации 70 -72%

тепла мазута переходит в теплоту сгорания газообразных продуктов.

А остальная часть теплоты слагается из физического тепла

продуктов газификации, теплоты сгорания сажи и сероводорода и

потерь в окружающую среду.

Для использования физической теплоты продуктов газификации

они подаются в котел-утилизатор, где охлаждаются с 1300°С до 400 -

500°С. Охлажденные в котле-утилизаторе газы поступают в газо-

газовый теплообменник, в котором охлаждаясь до 200°С,

подогревают очищенные от сероводорода газы от 100 до 300°С. Из

теплообменника продукты газификации поступают в систему

очистки где очищаются от золы, сажи и сероводорода. Затем

по сравнению с SО

и должен быть удален перед поступлением

горючего газа в топку котла.

подогретый в газо-газовом теплообменнике газ поступает в

расширительную газовую турбину, которая является приводом

компрессора для сжатия воздуха. Отработавший в турбине газ

поступает к горелкам основного котлоагрегата. В установке

используется мокрая система очистки золы и сажи с замкнутой

циркуляцией воды.

Твердые фракции сажи, выведенные из осветленной воды,

подаются на повторную газификацию и частично сбрасываются с

продувкой. Зола мазута, содержащаяся в продувке, богата ванадием и

может служить сырьем для его получения. Очистка газа от H

S может

осуществляться, например, с помощью метаноламина. Теплота

сгорания газа невелика - около 4 МДж/м .

Потери теплоты в установке составляют около 7% теплоты

исходного топлива. Около 70% теплоты исходного топлива

превращаются в химическую энергию продуктов газификации, а

остальные 23% выделяются в виде теплоты газа, вносимой в котел.

Получающиеся при газификации сера и ванадий частично

компенсируют затраты на переработку топлива.

2.7 Очистка горючих газов от сероводорода

При термической переработке топлива сера топлива переходит в газ в

основном в виде сероводорода. Очистка газа от сероводорода обычно

осуществляется абсорбцией. В качестве абсорбента используется

моно- и диэтаноламин. Абсорбция сероводорода

моноэтаноламином

происходит при температуре 30 - 40°С. Идет следующая реакция

(2.3)

При температуре 105°С реакция идет в обратном направлении с

образованием моноэтаноламина и сероводорода, десорбируемого из раствора.

Метод очистки абсорбцией является мокрым методом очистки. Этот

метод эффективен, но он связан с охлаждением газа до 30°С, что вызывает

дополнительные тепловые потери. Перспективными являются сухие -

методы очистки газа при высокой температуре. Для этого может

быть использована железная руда. Гидроокись железа при контакте с

сероводородом