IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Актуальность идеи. Актуальность работы определяется решением конкретной прикладной задачи по созданию рациональных схемных решений комплекса «парогенератор – система комплексной очистки продуктов сгорания», обеспечивающих возможность выбора технически целесообразного и экономически оправданного способа очистки и обезвреживания дымовых газов для различных условий эксплуатации твёрдотопливных ТЭС.

Целью данной работы является разработка и компоновка различных схем вынесенной системы очистки и обезвреживания дымовых газов после котельного агрегата ТП-210.

Объектом исследования является система серо- и азотоочистки пылеугольной ТЭЦ с котельным агрегатом типа ТП - 210.

Техническая значимость. Для снижения уровня вредных выбросов в атмосферу от топливосжигающих установок на ТЭС применяются различные методы очистки и обезвреживания дымовых газов от образующихся оксидов азота и серы.

Наиболее широко применяемой технологией на сегодняшний день является селективное каталитическое восстановление (СКВ) аммиаком. На базе данного метода разработана схема (рисунок №1) с использованием реактора СКВ для обезвреживания дымовых газов после котла от NO_x и абсорбера насадочного типа (мокрый способ) для очистки от SO_x.

Рисунок 1 – Схема обезвреживания дымовых газов №1

1 – ввод и раздача АВС; 2 – дымовая труба; 3 – дымосос; 4- емкость хранения жидкого аммиака; 5 – испаритель аммиака; 6 – котельный агрегат ТП–210; 7 – насадочный абсорбер очистки от SO₂; 8 – парогазовый теплообменник; 9 – реактор селективной каталитической очистки от NO_x; 10 – регенеративный теплообменник; 11 – смеситель; 12 – электрофильтр; I–IX – температуры дымовых газов по тракту.

Схема №2, представленная на рисунке 2, исключает применение парогазового теплообменного аппарата, т.к. резервы пара на действующих ТЭЦ могут отсутствовать. Кроме того, пар является достаточно дорогостоящим энергоносителем. В этих условиях для поддержания высокой температуры в реакторе селективного каталитического восстановления используется огневой подогреватель. В подогревателе необходимо будет обеспечивать нагрев до 350 ⁰С. После регенеративного вращающегося подогревателя температура составит около 300⁰С (т.е. догрев на 50 градусов), за исключением 1-го пускового режима работы (нужно будет обеспечить нагрев со 140⁰С до 350⁰С).

Для минимального снижения температуры отходящих после котла дымовых газов используем сухой способ очистки дымовых газов от оксидов серы. Дымовые газы с температурой 145⁰С попадают в адсорбер сухой очистки окисно-марганцевым методом, установленным после электрофильтра. Тонко размолотый оксид марганца в виде порошка подаётся в горячие дымовые газы (~ 145 °С), где реагирует с SO₂ с образованием сульфата марганца:

MnO_x·nH₂O + SO₂ + (1 – x/2)O₂ → MnSO4 + nH2O, где x = 1,6 – 1,7 (1)

Рисунок 2 – Схема обезвреживания дымовых газов №2

1 – адсорбер очистки от SO₂ ; 2 – дымовая труба; 3 – дымосос; 4 – испаритель аммиака; 5 – котельный агрегат ТП–210; 6 – огневой подогреватель; 7 – реактор селективной каталитической очистки от NO_x; 8 – регенеративный теплообменник; 9 – система ввода и раздача АВС; 10 – электрофильтр; I–VIII – температуры дымовых газов по тракту.

Метод селективного каталитического восстановления обеспечивает на сегодняшний день сравнительно высокую степень очистки дымовых газов от оксидов азота, в сравнении с другими способами. Сравнительная характеристика метода селективного каталитического восстановления и неселективного каталитического восстановления (НСКВ) представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Сравнительная характеристика НСКВ и СКВ

Критерий сравнения	НСКВ	СКВ
1	2	3
1. Эффективность снижения NOx	40-75%	60-90%
2. Температурный уровень	870-1200 ° C (1600 ° -2200 ° F)	165-600 ° C (325 ° -1100 ° F)
3. Реагент	Аммиака или мочевина	Аммиака или мочевина
4. Реактор	Нет	Каталитический
5. Утилизация отходов	Нет	Отработанный катализатор
6. Тепловые потери	0 - 0,3%	0%
7. Потребление энергии	Низкое	Высокое для ID вентилятора
8. Инвестиционные затраты	Низкие	Высокие
9. Требуемая площадь земельного участка	Незначительная	Высокая
10. Обслуживание	Незначительное	От 3 до 5 лет (Типичный срок службы катализатора)
11. Аммиак / NOx (мольное соотношение)	1,0 - 1,5	От 0,8 до 1,2
12. Мочевина / NOx (мольное отношение)	0,5 - 0,75	Непригодна
13. Модифицировать	Легко	Сложно

По данным таблицы можно сделать вывод, что СКВ обеспечивает большую степень очистки дымовых газов от оксидов азота, но при этом является более затратным способом. В связи с этим целесообразно рассмотреть схему с применением метода неселективного каталитического восстановления аммиаком или мочевиной. При НСКВ необходимо поддерживать температурный уровень на порядок выше, чем при использовании СКВ. Поэтому осуществляем ввод реагента (аммиак или мочевина) непосредственно в топку котла.

После котельного агрегата улавливание золовых частиц также осуществляется в электрофильтре. Его использование обусловлено высоким показателем степени очистки (до 98-99%).

Для обезвреживания дымовых газов от оксидов серы используем абсорбер мокрого типа. При температуре дымовых газов после абсорбции (50-55⁰С) целесообразен их сброс в градирню, т.к. температура газов является низкой для рассеивания через дымовую трубу. Для вновь строящихся станций можно применить такое проектное решение, как расположение аппарата сероочистки внутри корпуса градирни. Данная совместная компоновка позволяет сэкономить полезную площадь на территории ТЭС, а также поможет избежать высоких капитальных затрат на строительство дымовых труб.

Основные преимущества при совмещении дымовой трубы - градирни:

1. Снижение приземной концентрации загрязняющих веществ, за счет увлечения дымовых газов потоками воздуха.

2. Повышение тяги и эффективности охлаждения воды при обтекании воздухом.

3. Упрощение конструкции тракта дымовых газов за электрофильтрами и схемы включения сероочистки.

4. Экономия территории, за счет совмещения внутри градирни дымовой трубы и оборудования сероочистки.

Недостатки совмещения градирни с дымовой трубой:

1. Необходимость увеличения антикоррозионной стойкости стен градирни.

2. Увеличение длины газоходов и циркуляционных водоводов.

Теплотехническая схема данного способа представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема обезвреживания дымовых газов №3

1 - котельный агрегат ТП-210; 2 -электрофильтр; 3 -дымосос; 4 - аппарат сероочистки; 5 - водо-воздушный теплообменник

Иллюстрация размещения аппарата сероочистки в корпусе градирни представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Размещение аппарата сероочистки внутри корпуса сухой градирни с естественной тягой

Дальнейшими задачами исследовательской работы являются определение капитальных и эксплуатационных затрат на системы серо- и азотоочистки дымовых газов после котельного агрегата и их сравнительный анализ. А также разработка рекомендаций к установке конкретной схемы для различных условий эксплуатации ТЭС.

Список использованных источников

1. Пат. 111453 Российская Федерация, МПК B01D 53/18. Насадочный абсорбер для очистки очистки дымовых газов / Л.А. Николаева.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет".- заявл. 12.07.2011; опубл. 20.12.2011, Бюл. № 35.

2. Пат. 2501596 РФ. МПК B01D 53/56. Способ и установка очистки дымовых газов, образующихся при горении, содержащих оксиды азота/ Ф. Табари , Б. Сире - № 2009130257/05; заявл. 06.08.2009; опубл. 20.12.2013, Бюл. № 35.- 10 с.

3. Пат. 2296000 РФ. МПК B01D 53/56. Способ очистки дымовых газов от оксидов азота/ С.В. Афанасьев, В.Н. Махлай, Ю.Н. Буданов, Л.В. Лисовская - №2005512464/15; заявл. 03.08.2005; опубл. 27.03.2007, Бюл. №9.- 5 с.

4. 2. Пономарева Н.В. Оптимизация систем глубокой очистки дымовых газов пылеугольных энергетических котлов / В.Ф. Симонов, Н.В. Пономарева, М.А. Агеев // Проблемы энергетики. Известия высших учебных заведений, 2006. № 9-10. С. 55-62.

5. Статья "Post-Combustion NOx Reduction… SNCR or SCR?"URL: http://www.pcc-sterling.com/products/thermal-oxidizers/scr-sncr/

Код для цитирования: Скопировать