Твердого палива

Лекція 9

1 Джерела викидів, шкідливі впливи викидів

2 Кінетика утворення шкідливих викидів. Критерій санітарного стану навколишнього середовища

3 Засоби очистки твердих частинок при спалюванні палива

3.1 Загальні положення. Класифікація устаткування очистки

3.2 Золоуловлювачі

1 Джерела викидів. Шкідливі впливи викидів

Основні джерела забруднення навколишнього середовища:

- теплові електростанції - 29%, підприємства чорної металургії - 24%, підприємства кольорової металургії - 10,5%, нафтохімія - 15,5%, автотранспорт - 13,3%.

У продуктах спалювання палива містяться шкідливі компоненти, основними з яких є:

· при спалюванні твердого палива: СО, СО₂, NO_х, SO_х, тверді частки (попіл, вугілля), миш'як, бенз(а)пирен, фтористі з'єднання; діоксид кремнію;

· при спалюванні рідкого палива: СО, СО₂, NO_х, SO_х, з'єднання ванадія, бенз(а)пирен;

· при спалюванні газоподібного палива: СО, СО₂, NO_х, SO_х, вуглеводи, бенз(а)пирен.

Для усіх видів палив - канцерогенні речовини.

Одним з основних видів палива, що спалюється в ТГУ, є вугілля. У ньому утримуються різноманітні мінеральні негорючі суміші, що обумовлюють високу концентрацію летучого попелу в продуктах спалювання. Викид попелу в атмосферу призводить до зниження її прозорості, а отже до зменшення інтенсивності фотосинтезу.

Найбільше небезпечними по ступені впливу на організм людини є: оксид вуглецю СО, оксид азоту NO_х, оксиди сірки SO₂ і SO₃.

При вдиханні повітря, яке містить в собі оксид вуглецю відбувається його з'єднання з гемоглобіном крові, що дуже шкідливо для здоров'я людини, аж до смертного випадку.

Сірчисті з'єднання мають різкий запах і викликають подразнення слизуватих оболонок і кашель, сильне подразнення голосових низок і удушення. При концентрації сірчистих з'єднань від 0,06 мг/л - людина витримує до 30 хвилин. Особливо чутливі до діоксиду сірки рослини. У них порушується процес фотосинтезу і вони гинуть.

Концентрація речовини у виді жовтуватих голчастих кристалів: різкий неприємний запах, висока токсичність.

2 Кінетика утворення шкідливих викидів. Критерій санітарного стану навколишнього середовища

При спалюванні твердого палива мінеральні домішки (негорючі), які баластують вугілля, зменшують його теплову енергію і повноту спалювання й обумовлюють утворення попелу.

Останнім часом більше припадає використовувати низькосортні вугілля і сірчистий мазут, що мають підвищену місткість сірки, що призводить до різкого збільшення викидів окислів сірки. Концентрація окислів сірки в продуктах спалювання залежить від якості організації топкового процесу і попередньої підготовки палива.

Оксид вуглецю в продуктах спалювання палив, що містять вуглецеві з'єднання, з'являється в результаті нестачі повітря для повного спалювання і порушенні умов правильного спалювання.

Оксиди азоту утворяться в топках ТГ за рахунок окислювання при високих температурах азоту, що міститься в паливі, і азоту повітря, що присмоктується в топку, тому вони виявляються в продуктах спалювання всіх палив.

Канцерогенні речовини утворяться при згорянні палива при високій температурі у випадку нестачі повітря до повного спалювання. Частки твердого палива згоряють повільніше усього і при згорянні розпікаються, поглинаючи інші речовини.

Ступінь дії деяких газів характеризується нормами, розробленими на підставі великого числа медічно-біологічних досліджень.

Розрізняють три види норм гранично припустимих концентрацій (ГПК), тобто ГПК речовини в повітрі,які не чинять на людину шкідливого або неприємного впливу, не знижує працездатність, а також не чинять несприятливого впливу на рослинність; ГПКрз - у робочій зоні; ГПКмр - максимально разові (стосуються можливого підвищення короткочасного викиду шкідливих речовин); ГПКсд - середньодобові (основні - не допустимість несприятливого впливу в результаті тривалого впливу)

Розрахунки ведуть по кожній шкідливій речовині окремо. Останнім часом уведена вимога про необхідність підсумовування впливу шкідливих викидів:

;

,

тому що якщо окремо компоненти не роблять шкідливого впливу, то в сумі шкідливо впливають на організм людини, тваринний і рослинний світ.

З урахуванням фонового (існуючого) забруднення сумарна концентрація шкідливих домішок не повинна перевищувати припустиму:

С_ф + С_м ГПК.

3 Засоби очистки твердих часток при згоранні палива

3.1 Загальні положення. Класифікація устаткування очистки

Дослідження показали, що викиди попелу спостерігаються не тільки при спалюванні твердих палив. При викиді з димарів частки попелу розсіюються в атмосфері і випадають із часом на поверхню землі. Максимальна концентрація твердих часток спостерігається на відстані (8 - 18)Н від джерела викидів.

Рисунок 2.6.1 Схема розсіювання продуктів спалювання

Кількість попелу в продуктах спалювання залежить від властивостей палива (Ар). При шаровому спалюванні палива попіл в виносі складає 25 - 40 %, із котрих приблизно половина осідає в газоходах котла, а разом із продуктами спалювання в димар несеться усього 10-15 %.

Коли добуток А^рВ_р ³ 1400, то котельні на твердому паливі необхідно обладнувати золоуловлюючими установками.

Визначальними параметрами при виборі типу золоуловлювача є: кількість попелу, яке треба уловлювати, його дисперсний склад і фізичні властивості, а також необхідний ступінь очистки (але не нижче величини 0,5 мг/см³) загальний і фракційний:

; ,

де - маса уловлених часток і маса даної уловленої фракції, кг;- маса часток, що входять у золоуловлювач і маса даної фракції на виході.

Засоби очистки продуктів спалювання від твердих часток підрозділяють на: суху механічну; мокру механічну; електричну; електромагнітну; ультразвукову; мокру хімічну.

Золоуловлювачі підрозділяють на такі групи: сухі механічні інерційні - за рахунок дії відцентрових або інерційних сил важкості (гравітаційні апарати; імпульсні камери; канали великого перетину; відцентрові апарати; инерційно-жалюзійні; циклони; батарейні циклони; блоки-циклони, ротоклони); мокра механічна - за рахунок промивання або зрошення продуктів спалювання водою з наступним осадженням попелу(швидкісні газопромивачі; пінні газопромивачі; самоочисні масляні фільтри; скрубери й ін.); електрофільтри - за рахунок осадження на електродах викидів під дією електричних сил; ткані рукавні фільтри, у яких отвори для проходу газів мають розміри менше розмірів твердих часток;

комбіновані золоуловлювачі.

3.2 Золоуловлювачі

3.2.1 Механічні сухі золоуловлювачі

Діляться на два типи: відцентрові (або циклонні) і інерційні (жалюзійні).

Принцип дії циклонного золоуловлювача (мал. 2.22/3/) заснований на ефекті відцентрових сил:

,

де r_ц – радіус апарата,м; м – маса частини, кг; w_ц – швидкість руху частини, м/с.

Коли тверді частки масою m, що рухаються зі швидкістю w = 20м/с по дотичній трубі (вхідному патрубку) 2 підводяться до циліндричного корпуса 1, то вони відкидаються до стінок, утрачають швидкість і випадають через патрубок 6. Очищені гази віддаляться через патрубок 4.

Використовуються блоки-циклони, що складаються з групи паралельно включених циклонів із діаметром від 400 до 800 мм і батарейні циклони (мал. 2.23/3/), що складаються з великого числа мультициклонів (біля 50 шт.) із діаметром 250 мм, скомпонованих усередині загального кожуха 10, що мають загальний бункер 7, розподільну 2 і вихлопну камеру 8. Коефіцієнт опору блок-циклонів x = 105 ¸ 115, а батарейних циклонів x = 85.

Опір циклона:

Ступінь уловлювання попелу циклонами 85-90 %. Гідності циклонів: невисока вартість, прості конструкції. Хиби циклонів: високий гідравлічний опір по газу (біля 10 000 Па) і великі габарити. Використовується в ТГУ малої потужності при шаровому спалюванні.

Жалюзійний золоуловлювач (мал. 2.24 /3/) складається з корпуса 7, двох жалюзійних грат 5, газоходів очищеного газу 3 із шиберами 8 і неочищеного газу А. Газ, проходячи між лопатами грат, захоплює із собою невелику кількість дрібних часток попелу, а більш значні збираються в циклоні 1, де відокремлюються від продуктів спалювання. Гідності: малі габарити, невеличкі опори і можливість установки їх у вертикальних і горизонтальних газоходах. Хиби: швидке стирання попелом гратів. Ступінь очистки 70-80 %.

3.2.2 Мокрі золоуловлювачі

До них відносяться відцентрові скрубери (мал. 2.25 /3/). Вони складаються з вертикальних циліндричних корпусів 1 висотою до 12м і діаметром до 6 м, які футеровані усередині кислототривкими плитками, вхідного короба 2, приєднаного по дотичній до корпуса, форсунок 3 для розпилення води. В вхідному коробі є грати, які омиваються водою. Проходячи через грати відбувається первинне уловлювання попелу плівкою води. У нижній частині корпуса краплі води разом із попелом під дією відцентрових сил віджимаються до внутрішніх стін і стікають у гідравлічний затвор, відкіля періодично віддаляється уловлюванний попіл. Гідності: високий ступінь очистки газів, до 98 %. Хиби: високий опір (до 0,1 МПа), знос грат, засмічення форсунок, водяне господарство. У скрубері одночасно відбувається охолодження димових газів з утилізацією теплоти гарячих газів.

3.2.3 Електрофільтри

Застосовуються на потужних теплових електростанціях і значних теплоелектроцентралях. Принцип дії: при пропусканні через електричне поле, утвореного електродами 2, відбувається іонізація газового потоку. При цьому частки виносу одержують електричний заряд. Основна маса часток заряджається негативними іонами, переносяться до позитивного (електроду) і осідає на ньому.

Електрофільтри бувають вертикальні і горизонтальні. Коефіцієнт обезпилювання 88,5 - 98 %. Швидкість газів звичайно 1,3 - 2 м/с. Гідності: високий коефіцієнт очистки, малий гідравлічний опір 50 - 200 Па. Хиби: великі габарити, висока вартість у зв'язку з застосуванням пристрою для одержання постійного струму високої напруги.

2.6.2 Очищення продуктів спалювання від газоподібних шкідливих викидів

Лекція 2.8

1 Зменшення викидів оксидів сірки

2 Засоби зменшення викидів оксидів азоту

3 Розсіювання шкідливих домішок і вибір висоти димаря

1 Зменшення викидів оксидів сірки

Одним із головних токсичних компонентів, що містяться у твердих і рідких органічних паливах і які чинять істотний вплив на навколишнє середовище, є сірка.

Зв'язок між місткістю сірки в паливі і кількістю викидів SO₂ наведен в таблиці:

Паливо	Утримання сірки в паливі, %	Викид SO2
Вугілля АШ	1,8	3,6
Мазут високосірчистий	3,0	6,0
Мазут малосірчистий	0,5	1,0

Засоби зменшення викидів SO2:

А. Видалення сірки з палива до його спалювання;

Б. Використання нових методів і режимів спалювання;

В. Очищення продуктів спалювання від оксидів сірки.

Розглянемо А. Видалення сірки на нафтопереробних заводах можна здійснювати гідроочисткою. При цьому відбувається взаємодія водню із сіро-органічними з'єднаннями й утворюється сірководень Н₂S, що потім уловлюєься і може використовуватись для одержання сірки і її з'єднань. Процес протікає при температурі 300-500^оС і тиску 10МПа при каталізаторах - окислів молібдену, кобальту і нікелю.

По вуглю: 1) У результаті збагачення вугілля можна видаляти колчеданну сірку FeS₂, використовуючи велику її щільність (біля 5 т/м³) у порівнянні з іншою масою вугілля (біля 2 т/м³). Так для бурого вугілля при сухому методі збагачення удається видалити 25-30 % сірки. Відсепарований колчедан можна використовувати для одержання сірчаної кислоти.

2) Гідротермічне знесірчення вугілля полягає в обробці здрібненого палива в автоклавах при тиску 1,75 МПа і температурі біля 300^оС лужними розчинами, що містять гідрат окисів калію і натрію. При цьому утворюється вугілля з малою місткістю сірки, що відокремлюється від рідини центрифугуванням і потім сушиться.

Рідина, що містить сульфіди натрію і калію регенерується шляхом обробці вуглекислотою, а з утворенного при цьому сірководні витягається елементарна сірка.

По рідкому паливу.

А) З допомогою процесу газифікації при температурах 900-1300^оС в умовах обмеженого доступу повітря з використанням окислювачів або при температурі 700-1000^оС без доступу окислювача (піроліз) із наступною газифікацією твердого продукту (нафтового коксу).

Б) Використання нових методів і режимів спалювання.

Спалювання палива в киплячому прошарку розмеленого вапняку при температурі 900^оС дозволяє забезпечити очищення продуктів спалювання від сірки до 90 %:

СаСО₃ ® Са + СО_2;

Ca + SO₂ + O,5O₂ = CaSO4

В) Уловлювання сірки з продуктів спалювання: Діляться всі засоби на 2 класи: сухі і мокрі.

а) При сухому методі процес очищення заснован на нейтралізації оксидів сірки, що міститься в димових газах лужними реагентами: гідратом окису кальцію (вапном) Са(ОН)₂ або карбонатом кальцію (вапняком) СаСО₃

Ca(OH)₂ + SO₂ = CaSO₃ + H₂O;

CaCO₃ + SO₂ = CaSO₄ + CO₂.

У результаті цих реакцій утворюється сульфіт кальцію. Здебільшого продукти нейтралізації не використовують, а спрямовують у відвали.

б) При мокрому засобі уловлювання сірки попередньо готують суспензію вапняку (СаСО₃), змішуючи його з водою.

Димові гази, проходячи через мокрий порожнистий скрубер (очисник), контактують з вапняком. Хімічні реакції, які при цьому проходять, аналогічні реакціям при сухому методі.

2 Засоби зменшення викидів оксидів азоту

ГПК двоокису азоту (NO₂) у 6 разів нижче, чим для сірчистого ангідріда (SO₃), у 30 разів менше, ніж для окису вуглецю (СО), що говорить про велику токсичність оксидів азоту.

Механізм утворення окислів азоту залежить від виду і складу палива, знаходиться у великій залежності від конструкції топки, засобу спалювання, рівня температур і надлишку повітря в топці. Окисли азоту складаються в основному на 95 - 99 % із NO, що утворюються в топковій камері за рахунок окислювання при високих температурах азоту палива і азоту, який міститься в повітрі, що подається на горіння і що присмоктується в топку і 1-5 % NO₂ за рахунок доокислення NO, що відбувається при низьких температурах в основному на відкритому повітрі:

N₂ + O₂ = 2NO - Q,

NO + 0,5O₂ ® NO₂.

Основні методи зниження утворення оксидів азоту в топковій камері:

1) Рециркуляція димових газів у топкову камеру. При цьому продукти спалювання при температурі 300-400^оС відбираються звичайно після водяного економайзера спеціальним рециркуляційним димососом і подаються через шліци під пальниками або кільцевий канал навколо пальників, або підмішуються в дутьове повітря перед пальниками. При цьому, використовуючи рециркуляцію димових газів поряд із зменшенням температури горіння ми одержуємо зниження концентрації кисню, зменшення швидкості горіння і розтягування зони горіння, тобто більш ефективному зниженню температури в топковій камері за рахунок більш ефективному охолодженню цієї зони горіння топковими кранами.

2) Двостадійне спалювання палива: У даному випадку в первинну зону горіння подається повітря менше, ніж це теоретично необхідно для повного спалювання палива (a = 0,8 - 0,95). У цій зоні відбувається неповне горіння палива з частковою його газифікацією при зниженій температурі і, отже, зниженому вмісту окислів азоту.

В вторинну зону подається чисте або збіднена паливом суміш для допалювання продуктів неповного спалювання. Процес горіння в заключної його стадії відбувається при більш низькій температурі.

Даний засіб дозволяє зменшити кількість окислів азоту на 25-35 %. Застосування спеціальних пальникових пристроїв для систем 2-остадійного горіння або одержання розтягнутого смолоскипа по довжині топкової камери дозволяє знизити викиди окислів азоту на 30-40 %.

3) Зниження коефіцієнта надлишку повітря в топці до a = 1,02 - 1,07 дозволяє зменшити концентрації О₂ і зменшити утворення NO.

3 Розсіювання шкідливих домішок і вибір висоти димової труби

Основним призначенням димаря є відвід продуктів спалювання в більш високі прошарки атмосфери, щоб поліпшити умови розсіювання їх у повітрі до рівня концентрацій, коли вони стають безпечними для навколишнього середовища.

Розрахунки і вибір висоти димарів, що забезпечує розсіювання шкідливих викидів виконується на основі БН 369-74. Найбільша концентрація шкідливої речовини С_м, мг/м³, у приземному прошарку атмосфери не повинна перевищувати ГДК даної шкідливої речовини в атмосферному повітрі, установленої санітарними нормами, тобто

См £ ГДК.

При одночасній спільній присутності в атмосфері декількох шкідливих речовин їх безрозмірна сумарна концентрація q не повинна перевищувати 1(одиниці) при розрахунку по формулі:

,

де С₁, С₂, Сn - концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі в одній і тій же точці місцевості, мг/м³;

ГДК₁, ГДК₂, ГДКn - відповідні максимальні ГДК шкідливих речовин в атмосферному повітрі, мг/м³.

На підставі наявних рекомендацій кількість шкідливих речовин М, г/с, що викидаються в атмосферу з продуктами спалювання котлоагрегатів:

а) попелу і палива, що недогоріло:

М_п = 10 (А^р + q₄)a_вин В_р(1 - h),

де А^р - зольність палива, %; q₄ - утрата теплоти від механічного недопалу, %; а_вин - частка твердих часток, виносимих із топки; В_р - розрахункова витрата палива, кг/с; h - ступінь очищення золоуловлювача.

б) кількість окислів сірки при перерахунку на SO₂:

,

де S ^p - вміст сірки в паливі, %;- частка окислів сірки, пов'язаних летучим попелом (с. 463[1]);- частка окислів що уловлюються в золоуловлювачі. Для сухих -біля 0, для мокрих золоуловлювачей по мал. 12.4 [1].

в) окису вуглецю:

де С_н - коефіцієнт, що залежить від виду палива, що спалюється (табл. 12.6 [1]); g_н - поправочний коефіцієнт, що враховує вплив режиму горіння. При нормальних умовах g_н біля 1.

г) окислів азоту в перерахунку на NO₂:

,

де b₁ - безрозмірний коефіцієнт, що враховує якість палива (табл. 12.7 [1]); k - коефіцієнт, що характеризує вихід окислів азоту на 1 МДж теплоти палива, г/МДж; b₂ - коефіцієнт, що характеризує ефективність рециркуляції газів (табл. 12.8 [1]); r - ступінь рециркуляціїї інертних газів;b₃ - коефіцієнт, що враховує конструкцію пальників: для вихрових b₃ = 1, для прямоточних b₃ = 0,85.

Визначив кількість шкідливих викидів, що викидаються визначають висоту димаря, м:

,

де А - коефіцієнт, що визначає умови вертикального і горизонтального розсіювання і залежний від температурної стратифікації; М – кількість шкідливих викидів, г/с; F - коефіцієнт, що враховує швидкість осідання (для газоподібних F = 1, для пилюки F = 2 (2,5); m,n - безрозмірні коефіцієнти, що враховують умови виходу з устя джерела викиду (с. 466[1]); z - число димових труб однієї висоти; С_ф - фонова концентрація шкідливих речовин, мг/м³; V₁ – витрата викидів, що видаляються м³/с; DТ - різниця температур газів і повітря, ^оС.

Значення А,F,m,n приведені в БН-369-74.

При наявності в газах різноманітних шкідливих домішок висоту димаря Н визначають по найбільшому значенню, що визначається для кожної шкідливої речовини окремо.

Максимальна концентрація пилу і СО₂ на відстані 20Н, г/м³:

.

Тема 2.7 Паливне господарство ТГУ (ПГ)

Кількість годин- 4

Кількість лекцій- 2(8-а, 9- а)

Лекція 2.9

1 Принципи організації паливного господарства

2 ПГ котелень на твердому паливі

2.1 Принципова схема. Склади палива

2.2 Паливоподача і паливоприготування

3 Паливне господарство при спалюванні рідкого палива

3.1 Компонування і розміщення устаткування

3.2 Підготовка мазуту до спалювання

1 Принципи організації паливного господарства

Паливне господарство ТГУ (ПГ) - система пристроїв, механізмів і споруджень, призначених для розвантаження, прийому, збереження, попередньої підготовки і подачі палива на спалювання.

Принципова схема ПГ, умови й особливості її роботи в кожному конкретному випадку визначаються багатьма чинниками, основними з яких є: вид, властивості і спосіб спалювання палива, продуктивність котельні і її розташування; спосіб доставки палива. У загальному випадку паливне господарство (ПГ) поділяється на такі ділянки: вузол доставки і прийому палива (розвантаження); склади палива; пристрій для подачі палива в помешкання котельні; первинна підготовка палива; облік палива що прибуває і що витрачається; підготовка палива до спалювання; подача палива в топку котла.

ПГ повинно забезпечити: безперебійну подачу палива; механізацію трудомістких процесів; мінімальні втрати палива; сталість хімічних і фізичних характеристик палива; мінімальні початкові капіталовкладення і експлуатаційні витрати.

Проектування ПГ котелень ведеться на підставі нормативних документів: при максимальній витраті палива В^р < 150 т/год - по БНіП ІІ- 35-76 «К.У.»

2 Паливне господарство котелень на твердому паливі

Дата добавления: 2014-01-11