Предложения по снижению экологического риска при эксплуатации котельной поселка "Мирный"

Основными элементами топки ЗП-РПК являются решетки с поворотными колосниками, аналогичные решетке типа РПК, и забрасыватели с угольными ящиками.

Пневмомеханический забрасыватель состоит из пластинчатого питателя, забрасывающего механизма ротационного типа и каскадно-лоткового угольного ящика. Ротор забрасывателя вращается от электродвигателя через клиноременную передачу, обеспечивающую в зависимости от качества топлива или длины решетки, частоты вращения: 470, 600 и 910 об/мин. От вала ротора через двухступенчатый редуктор и храповый механизм приводится в движение пластинчатый питатель. Подача топлива в топку регулируется изменением скорости движения пластинчатой цепи. Имеется вал группового управления забрасывателя, к которому может быть подключена система автоматического регулирования или дистанционного управления процессом горения.

Под лотком забрасывателя устанавливаются фурменные колосники системы пневмозаброса. Воздух к фурмам подводится от главного воздушного короба по чугунным стоякам, установленным в обмуровке фронтовой стены топочной камеры.

Уголь из угольного ящика поступает на питатель пневмомеханического забрасывателя, который непрерывно подает топливо на вращающийся ротор. Крупные фракции равномерно разбрасываются по всей площади решетки, а мелкие отвеиваются в топочный объем воздухом, поступающим из системы пневмозаброса. Горение на решетке происходит в тонком слое, толщина которого устанавливается в зависимости от сорта топлива и форсировки топки.

Продувка слоя воздухом устраняет спекание угля и сплавление шлака, а интенсивное нижнее зажигание -- обеспечивает устойчивую работу на высоковлажных бурых и трудно-воспламеняющихся топливах. Топка может работать как на холодном дутье, так и на горячем воздухе. Подогрев воздуха обязателен при сжигании высоковлажных бурых углей.

По условиям надежности работы элементов решетки температура горячего воздуха не должна превышать 250 °С.

Шлак удаляется с колосниковой решетки периодически вручную. Для этого выключается подача топлива на одну секцию и слой дожигается. Затем выключается подача воздуха, колосники решетки поворачиваются и шлак проваливается в шлаковый бункер, после чего на колосники вручную нагребается горящий уголь с работающей секции и включается подача топлива и воздуха. Толщина слоя шлака перед чисткой в зависимости от вида топлива составляет 150--250 мм.

Котлы с достаточно большой теплопроизводительностью часто оборудуются механическими топками с решеткой прямого хода. Эти решетки предъявляют определенные требования к качеству топлива. Перемещение топлива вместе с подвижным полотном затрудняет сжигание мелкого и неоднородного топлива. При сжигании подобных топлив на решетке образуются кратеры, приводящие к появлению больших избытков воздуха, что вызывает повышенный механический недожог и резкое снижение нагрузки. В связи с этим максимальный размер кусков не должен превышать 40 мм, содержание мелочи с размером 0--6 мм не должно быть выше 50-- 55 %. Замена рядового топлива сортированным значительно улучшает процесс горения.

На рис. 3 представлена решетка прямого хода типа ТЧ, предназначенная для сжигания грохоченных антрацитов марок АС и AM. В комплект цепной решетки входят привод, шлакосниматель, опоры нижней ветви и ящик с регулятором толщины слоя.

Колосниковое полотно решетки чешуйчатого типа состоит из ведущих цепей, на которых закреплены держатели колосников. Колосники вставляются в держатели так, что при движении полотна поворачиваются вокруг ведущей звездочки для очистки от шлака. Верхняя ветвь полотна катится по настилу рамы на роликах, а нижняя скользит по опорным рамам. В конце решетки на отдельной опоре устанавливается шлакосниматель, который служит для очистки полотна от шлака и препятствует перетечке воздуха из подрешеточного пространства в топочную камеру.

Живое сечение колосникового полотна составляет 5--7 %. На подводящих воздушных патрубках устанавливаются клапаны, при помощи которых можно регулировать количество воздуха отдельно по каждой зоне. Воздух подводится под решетку шириной 2700 мм с одной стороны, шириной 3070 мм -- с двух сторон. Привод состоит из четырехскоростного электродвигателя и червячного редуктора с двухступенчатой коробкой скоростей. Привод решетки может быть установлен как с правой, так и с левой стороны.

В угольном ящике располагаются охлаждаемый водой регулятор слоя и секторный затвор с их приводами.

Толщина слоя на решетке устанавливается в зависимости от сорта топлива в пределах 150--250 мм.

В передней части решетки топливо подсушивается и воспламеняется, на средней части располагается зона активного горения, в конце решетки дожигаются остатки горючего в шлаке. Топки ТЧ могут работать на холодном дутье, но с целью интенсификации подготовки и воспламенения угля рекомендуется подогревать дутьевой воздух до температуры не выше 200 °С (по условиям надежности работы элементов колосникового полотна).

При сжигании спекающихся каменных углей на решетках прямого хода такие угли либо спекаются в крупные комья, либо покрываются коркой, которая препятствует горению. В том и другом случае для поддержания горения требуется интенсивная ручная шуровка слоя.

Широкое распространение для котлов относительно небольшой теплопроизводительности получили механические топки с забрасывателями и цепной решеткой обратного хода.

В этих топках удачно используется неравномерность распределения топлива по длине полотна при подаче его пневмомеханическим ротационным забрасывателем; при таких забрасывателях куски топлива, пролетая через все топочное пространство над раскаленным слоем, прогреваются и укладываются на решетку таким образом, что самые крупные куски располагаются в конце решетки, а остальные ближе к фронту.

Топочные устройства для сжигания древесных отходов. Для древесных отходов, предварительно измельченных до размера кусков 50 - 100 мм (рубленная щепа, дробленные рейки, горбыли и кора, отходы при ножевой корке древесины), применяется слоевое сжигание в малонапряженных и высоконапряженных топочных устройствах.

Малонапряженные топочные устройства - шахтные топки с неподвижной наклонной решеткой, выпускавшиеся с ручными колосниковыми решетками по ГОСТ 3682-47. Высоконапряженные топочные устройства - топки скоростного горения системы ЦКТИ - Померанцева. По характеру движения топлива топки классифицируются как механизированные - слоевое топочное устройство с естественным движением топлива под действием силы тяжести. Топки скоростного горения работают с видимым теплонапряжением зеркала горения до 10*10ккал/(м*ч) при умеренных избытках воздуха и невысоких топочных потерях. Форсированное сжигание топлива достигается огневой подсушкой с частичным горением в верхней части предтопка и последующим горением и нижнем зажатом слое.

Для сжигания коры и древесных отходов под котлоагрегатами КМ-75-40 Белгородского котлостроительного завода используются топки с наклонной финской решеткой и решеткой ТЧ, сочетающие слоевой и камерный способы сжигания. Кроме сжигания коры и древесных отходов, под котлом осуществляются пылевидное сжигание мазута и природного газа, а также совместное сжигание этих топлив с корой. Топки относятся к высоконапряженным топочным устройствам, теплонапряжение топочного объема - 64,3 *10 ккал/(м*ч), теплонапряжение решетки - 1,3*10 ккал/(м*ч).

Для сжигания мелкофракционных древесных отходов (лигнина и опилок) под котлоагрегатами любой производительности применяется камерный способ. Древесные отходы отличаются высокой влажностью (для опилок W=40ч60%, для опилок отходов древесной промышленности W=15ч25%, для лигнина W=60ч70%) и сжигаются с предварительной подсушкой.

Универсальные топочные устройства для сжигания мелкофракционных древесных отходов - камерные топки с мельницами-вентиляторами и подачей топлива и воздуха тонкими струями. В этих топках могут сжигаться влажные опилки, а также сухие опилки при пониженной температуре осушительного агента.

Топочные устройства для сжигания торфа. Кусковой торф сжигается в слоевых топках: шахтных с неподвижными наклонными колосниковыми решетками; шахтно-цепных со ступенчатыми предтопками системы Макарьева и со скоростными предтопками Померанцева. Шахтно-цепные топки выполняются на базе топок типа ТЧ, предтопки серийно не выпускаются и разрабатываются в проектах котельных. Из-за ограниченной добычи кускового торфа топки находят применение только в котельных торфодобывающих предприятий.

Фрезерный торф сжигается в вихревых однокамерных пневматических топках системы ЦКТИ - Шершнева. Принцип работы топок - сжигание топлива в вихревом газо-воздушном потоке, имеющем горизонтальную ось вращения. Вихрь образуется в собственно профилированной нижней части топочной камеры за счет энергии струй, вытекающей из сопл. Термическая подготовка топлива осуществляется теплом раскаленных частиц топлива и топочных газов. Сжигание неразмолотого фрезерного торфа обеспечивается многократной циркуляцией крупных частиц в вихревом факеле.

Топочные устройства для сжигания газа и мазута. Газообразное топливо сжигается методом струйного ввода в топочную камеру горючей смеси топлива с воздухом, образованной в горелке. Зажигание осуществляется по периферии струи за счет эжектирования горячих топочных газов из окружающей среды, воспламенение происходит в тонком слое газов пламени.

Для интенсификации сжигания газового топлива необходимы предварительный подогрев воздуха и топлива при сжигании низкокалорийных газов; подача всего воздуха, необходимого для горения, в корень факела; организация устойчивого зажигания, обеспечивающего горение при высоких скоростях истечения газо-воздушной смеси из горелок.

Сжигание жидкого топлива основано на факельном процессе. Воспламенение жидкого топлива начинается после его испарения, горение протекает в паровой фазе. Для увеличения поверхности испарения мазут сжигают в распыленном виде. При этом протекает два процесса: испарение и сгорание газо-воздушной смеси. Скорость горения определяется в основном скоростью испарения топлива, зависящей от количества подводимого тепла.

Основными условиями интенсификации горения жидкого топлива являются предварительный подогрев и хорошее распыливание топлива, подогрев и подача всего необходимого для горения воздуха в корень факела, хорошее смесеобразование, поддержание температуры в ядре горения более 1500єС в конце факела - не ниже 1000 - 1050 єС.

Топки сжигания газа и мазута классифицируются по методу сжигания топлива (факельные и циклонные), виду сжигаемого топлива (газовые, мазутные и газово-мазутные), расположению горелок (фронтальное и встречное), условиям работы топочной камеры (под разряжением и под наддувом).

Топочные камеры газо-мазутных котлоагрегатов выполняются открытыми, экранированными, призматической или прямоугольной формы, горизонтальными или вертикальными в зависимости от компоновки котлоагрегата. Под топки выполняется горизонтальным или уклоном плоскостей к горизонту до 15є, «горячим» - без охлаждения или экранированным. Устройства для вывода шлака не предусматривается.

10. Очистка дымовых газов перед выбросом в атмосферу

При сжигании различных топлив, наряду с основными продуктами сгорания (СО, HO, N), в атмосферу поступают загрязняющие твердые (зола, сажа), а также газообразные токсичные вещества, а именно: сернистый и серный ангидрид (SO и SO), окислы азота (NO и NO), фтористые соединения ванадия. В случае недостаточно полного сгорания топлива в топках уходящие газы могут содержать окись углерода CO, углеводороды СН, СН, а также канцерогенные углеводороды, например бенз(а)пирен и др.

Все продукты неполного сгорания являются вредными, однако при современной технике сжигание топлива их образование можно предотвратить или свести к минимуму; то же относится и к содержанию окислов азота в уходящих газах. Из всех окислов азота наиболее часто в дымовых газах содержится окись NO и двуокись NO, причем двуокись является наиболее стойким продутом. Высшие окислы - NO, NO, N ₂O₅ - существуют в атмосферных условиях только при низких температурах.

Суммарный выброс сернистых соединений (SO₂+SO₃) определяются исходной величиной содержания серы в топливе, и не может быть исключен за счет каких-либо мероприятий в организации топочного процесса.

Таким образом, добиваться предельно допустимых концентраций сернистых и других соединений в атмосфере можно только выбором необходимой высоты дымовой трубы, обеспечивающей рассеивание оставшихся твердых частиц и вредных газов в атмосфере.

Критерием санитарной оценки среды является предельно допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества в воздухе. Под ПДК следует понимать такую концентрацию различных веществ и химических соединений, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний. Предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнений устанавливается в двух показателях: как максимально-разовые (за 20 мин) и среднесуточные (за 20ч).

В таблице №7 приведены допустимые концентрации вредных веществ в воздухе, утвержденные главным санитарно-эпидемическим управлением Минздрава СССР и Госстроем СССР.

Расчеты ведутся по каждому вредному веществу в отдельности с тем, чтобы концентрация каждого из них не превышала значений, приведенных в табл.7.

Для котельных эти условия ужесточены Минздравом ССР введением дополнительных требований о необходимости суммирования воздействия окислов серы и азота, которое определяется следующим выражением:

,

где C_SO C_NO - концентрация соответствующих веществ в уходящих газах, мг/м³, допустимые величины которых даны в табл.7.

Приведенные в табл.7 санитарные нормы предотвращают прямое вредное действие на людей, но не исключают возможности неблагоприятного воздействия на окружающую среду. В связи с этим разрабатываются нормы ограничений выброса абсолютных количеств веществ в окружающую среду для всех промышленных предприятий, включая котельные и тепловые станции. Такие ограничения называют нормами предельно допустимых выбросов - ПДВ.

Для улавливания твердых частиц из дымовых газов существуют сухие и мокрые золоуловители. Аппараты для сухой очистки дымовых газов основаны на использовании сил инерции, тяжести и центробежных или на образовании коронного разряда между электродами и направленного движения газа, несущего твердые частицы к положительному электроду, на котором частицы осаждаются.

К сухим золоуловителям относятся жалюзи иные золоуловители, циклоны различного типа и электрофильтры.

Жалюзийиый золоуловитель ВТИ состоит из решетки-жалюзи, бункера и циклона. Поток газов с золой со скоростью 12--16 м/с входит в жалюзи, изменяет свое направление почти на 180° и разделяется на две части: один поток в количестве 7--10% . поступает в циклон вместе с золой, другой -- в газоходы; степень очистки газов около 50%, сопротивление от 0,3 до 0,9 кПа (от 30 до 90 кгс/м²).

Такие золоуловители применяются при слоевом сжигании твердого топлива, так как они не улавливают мелких твердых частиц (с размером примерно до 20 мкм), и при любом способе сжигания твердого топлива для временно работающих котельных установок.

Для лучшей очистки дымовых газов в тех случаях, когда твердое топливо сжигается в слое и количество дымовых газов не превышает 1,4 м³/с (50-10³ м³/ч), т. е. теплопроизводительность котельной не более 3,5 МВт (3 Гкал/ч), применяются циклоны НИИОГАЗ (рис.4.).

Принцип действия циклона основан на закручивании тангенциальным коробом 2 входящего запыленного потока дымовых газов с последующим изменением направления движения (резким поворотом). За счет центробежных сил более тяжелые частицы золы отжимаются к стенкам циклона 1 и по ним скользят вниз в емкость 3; очищенные газы по центрально расположенному патрубку 5 выходят в отводящий короб. Удаление золы из емкости 3 в канал или другое устройство 4 осуществляется через специальную течку и мигалку.

Увеличение диаметра циклона и доли мелких твердых частиц снижает эффективность очистки газов, которая в среднем в одиночном циклоне составляет 85%. Поэтому для одиночных установок предложен (конический циклон типа СК-ЦН, который позволяет снизить содержание мелких частиц в выходящих газах в 2--3 раза.

Степень очистки повышается при установке нескольких циклонов малого размера, соединенных блоком, с общими коробами на входе для запыленного и выходе -- очищенного газа. Схема установки блока циклонов показана на рис. 5.

Шибер 1 позволяет на малых нагрузках отключить половину циклонов и сохранить нужную степень очистки газов. Блоки устанавливаются за котлами со слоевыми топками, когда степень очистки может составлять 80--90%, но при количестве дымовых газов до 0,85 м³/с (до 30 * 10³ м³/ч).

Степень очистки тазов можно повысить, если на входе запыленного потока и на выходе газов в центральный патрубок поставить устройства, увеличивающие закручивание потока, как это сделано институтом Гипрогазоочистка в циклоне типа ЦМС. Такие циклоны имеют при одинаковых значениях скоростей и температур газов несколько меньшее газовое сопротивление, что позволяет их использовать при естественной тяге, т. е. в тех случаях, когда сопротивление золоуловителя должно быть низким.

При уменьшении диаметра циклона степень улавливания твердых частиц при прочих равных условиях возрастает; при увеличении количества циклонов их компоновка, естественно, затрудняется.

Батарейным циклоном можно отделить из дымовых газов при слоевом сжигании топлива 85--92% твердых частиц и при камерном -- 83--90%; газовое сопротивление батарейного циклона равно при этих условиях 0,4--0,6 кПа (40--60 кгс/м²).

В сухом виде твердые частицы и зола улавливаются в тканевых и электрических фильтрах. В тканевых фильтрах газы могут быть очищены очень глубоко, даже от частиц меньше 5 мкм, но такие фильтры имеют высокое газовое сопротивление -- от 0,8 до 2 кПа (от 80 до 200 кгс/м²), чувствительны к механическому воздействию, воздействию щелочей и кислот (особенно при повышенных температурах). Если точка росы дымовых газов высока, эти фильтры быстро засоряются.

Очистка дымовых газов в электрофильтрах основана на образовании коронного разряда между электродами, создании направленного движения газа между ними, захвате твердых частиц отрицательно заряженными ионами газа и их движении вместе с газом от электродов, создающих коронный разряд, к осадительным.

Схемы устройства коронирующих 1 и осадительных 2 электродов показаны на рис. 7,а.

Применяемые типы и профили коронирующих 3 и осадительных 4 электродов показаны на рис. 7,б. Следует подчеркнуть, что коронный разряд возникает лишь при определенной напряженности тюля, зависящей от состава газов, их температуры и давления. Удаление твердых частиц с осадительных электродов выполняется периодически отряхиванием при сухом и смывом водой при мокром способе. Последовательным расположением в потоке газов систем электродов и электрических полей получают одно-, двух-, трех- и четырехпольные электрофильтры.

Для обеспечения хорошей (98--99%) очистки дымовых газов в электрофильтре их скорость должна составлять 1,0--2,0 м/с и температура на входе не превышать 150--200°С. Низкие скорости и температуры дымовых газов предопределяют большие габариты и массу электрофильтров при малом газовом сопротивлении от 0,15 до 0,8 кПа (от 15 до 80 кгс/м²).

Для получения электрически заряженных ионов газа и твердых частиц требуется высокое напряжение электрической энергии -- порядка 80 000 В и соответствующие устройства для его повышения с обычных напряжений. Отряхивание или смыв водой твердых частиц с осадительных электродов должны осуществляться автоматически с помощью специальной аппаратуры; поэтому электрофильтры требуют значительных капитальных затрат.

На рис. 8 показан общий вид горизонтального электрофильтра пластинчатого типа ДГПН, который содержит корпус 1, собираемый из отдельных плит и опирающийся на каркас; бункера для уловленной золы 2, коронирующие электроды 3, осадительные электроды 4, механизмы для встряхивания осадительных и коронирующих электродов 5 и устройства для привода в движение этих механизмов 6. Электрофильтры наиболее хорошо очищают газы от твердых частиц с малыми размерами; вследствие этого для улавливания крупных частиц до электрофильтров иногда устанавливаются батарейные циклоны.

Из-за больших габаритов и массы электрофильтры применяются только при производительности котельных агрегатов Q>3,5 МВт (30 Гкал/ч) и D>1,4 кг/с (50 т/ч).

К мокрым золоуловителям относятся центробежные скрубберы ЦС-ВТИ, мокропрутковые золоуловители МП-ВТИ и пенные газоочистители. Процесс улавливания твердых частиц из дымовых газов в золоуловителях ЦС-ВТИ и МП-ВТИ происходит при осаждении частиц на пленке жидкости, текущей по внутренним поверхностям аппарата -- стенкам и пруткам, и на каплях жидкости, находящихся в объеме. Одновременно с твердыми частицами в мокрых золоуловителях вода при контакте с очищаемым газом абсорбирует часть содержащихся в нем соединений серы, азота и других веществ, образуя кислые растворы. При содержании в золе дымовых газов соединений СаО больше 20% образуются твердые отложения, нарушающие работу золоуловителя и примыкающих к нему трубопроводов.

Центробежный скруббер ВТИ, показанный на рис. 9, состоит из цилиндра 1 с коническим дном 2 и подходящим по касательной к цилиндру патрубкам 3 для ввода дымовых газов (см. сечение А--А). Внутри цилиндр выложен защитным слоем -- метлахской плиткой или другим материалом, а в месте отвода золы с водой 5 трубопровод защищен свинцом (см. узел I).

Для улавливания золы по стенкам и дну скруббера создается пленка воды, выходящей из сопл 4 по касательной к внутренним стенкам (см. сечение Б--Б рис. 9). Газы входят со скоростью около 20 м/с и содержат пыль в количестве 15--30 г/м³; расход воды составляет от 0,1 до 0,6 кг/м³ очищаемого газа. Температура дымовых газов в скруббере снижается со 170--200 до 103--110°С, а температура воды повышается. Частично вода с золой срывается со стенок, разбрызгивается и уносится из золоуловителя в короба и дымосос, где происходит налипание золы на поверхности. Газовое сопротивление скрубберов составляет 0,6--1 кПа (60--100 кгс/м²), а степень очистки от 87 до 92%.

Изготавливаются скрубберы на расход газа от 0,28 до 2,8 м³/с (от 1?10³ до 10?10³м³/ч).

При мокрой очистке газов необходимы очистка использованной в скрубберах воды от механических примесей, постоянный напор воды, так как без очистки использовать повторно воду нельзя из-за загрязнения и окисления.

Мокропрутковый золоуловитель ВТИ, показанный на рис. 10,а, состоит из орошаемой водой решетки 1 с соплами 2, разбрызгивающими воду на решетку, устанавливаемую до входа дымовых газов в скруббер и соплами на стенах цилиндрического корпуса 3, работающего по принципу центробежного скруббера.

Прутки-решетки для очистки газов изготовляются диаметром 14-- 20 мм из специальных материалов -- стеклопластика, капрона, резины и т. п. Во время эксплуатации решетки очищают от золы и промывают.

По предложению УО ОРГРЭС с 1967 г. на золоуловителях МП-ВТИ вместо решетки устанавливаются трубы Вентури 4 с центробежной форсункой для воды, что схематично изображено на рис. 10,б.

При такой схеме золоуловитель МП-ВТИ работает эффективней, но его газовое сопротивление увеличено в 1,3--1,5 раза.

Для эффективной работы скорость входа дымовых газов в патрубки перед решеткой должна составлять 12--14 м/с, расход воды --0,10-- 0,12 кг/м³ при запыленности газов 15--25 г/м³, из которого на сопла корпуса и смачивание решетки поступает до 40%; слив пульпы (золы и воды) осуществляется через клапан 5.

В золоуловителях МП-ВТИ дымовые газы при камерном сжигании топлива удается очистить на 85--95% при газовом сопротивлении золоуловителя 0,6--1,0 кПа (60--100 кгс/м²), температуре газов на входе до 170°С и содержании СаО меньше 20%. Их обычно устанавливают за котельными агрегатами с Q>5,8 МВт (50 Гкал/ч) и D>21 кг/с (75 т/ч).

Золоуловители и частично короба обкладываются внутри кислотоупорной плиткой на таком же кислотоупорном цементе.

Унос капель воды с золой, поглощение окислов из газов, снижение температуры газов при использовании мокрых золоуловителей способствуют коррозии газоходов и дымососов. При выборе сухих инерционных золоуловителей ЦКТИ рекомендуется при номинальной производительности котельных агрегатов иметь газовое сопротивление золоуловителя 0,5--0,6 кПа (50--60 кгс/м²).

Все типы золоуловителей следует устанавливать до дымососов для защиты последних от износа. Так как золоуловители дают присос воздуха в газоход, необходимо уплотнять как сами золоуловители, так и бункера для золы, затворы и мигалки.

Установка золоуловителей выполняется индивидуальной к каждому котлоагрегату. При установке золоуловителей вне здания котельной газоходы, короба и золоуловитель должны быть покрыты тепловой изоляцией, места ввода, трубопроводы для воды и пульпы утеплены.

11. Очистка от газов

Переработка сернистых топлив перед сжиганием в топках котлов. В твердом топливе сера содержится в трех формах: в виде включений колчедана FeS2, серы, входящей в состав молекул органической массы топлива, и сульфатной (в сернокислых солях кальция и щелочных металлов).

В результате обогащения угля можно удалить только колчеданную серу. Это даст ощутимый эффект, если содержание колчеданной серы составляет значительную долю общего содержания серы и вкрапления колчедана достаточно крупны. Так, например, для подмосковного бурого угля, даже при сухом методе обогащения, удается удалить 25--30 % серы.

Для удаления из угля колчеданной и органической серы может быть применено также гидротермическое обессеривание углей. При таком способе измельченное топливо обрабатывается в автоклавах щелочными растворами, содержащими гидриды окисей натрия и калия, после чего получается уголь с малым содержанием серы. Отделение угля от жидкости осуществляется центрифугированием, после чего уголь сушится.

Известен также способ связывания серы в кипящем слое, когда топливо сжигается в кипящем слое частиц размолотого известняка, в которые погружены для интенсивного охлаждения поверхности нагрева котла. При температуре около 900 °С происходит диссоциация СаС03 на С02 и СаО; последняя вступает в реакции с серой, образуя в конечном счете CaSO₄ - сульфат кальция. Очистка топлива от серы в этом случае может достигать ~90%. Часть кипящего слоя, поглотившего серу топлива, подается пневмотранспортом на регенерацию. Регенерированная окись кальция возвращается в топочное устройство.

Изложенные способы удаления серы из твердого топлива из-за своей сложности и дороговизны не нашли применения в котельных установках.

Содержание серы в жидком топливе можно понизить, подвергая его воздействию высоких температур с использованием окислителей (газификация) или без них (пиролиз).

Процесс газификации осуществляется в условиях высоких температур (900 - 1300єС) при органическом доступе кислорода (40 - 45% теоретически необходимого). Жидкое топливо почти целиком превращается в газ, а сернистые соединения топлива - в основном в сероводород. Очистка газа от сероводорода обычно осуществляется абсорбцией. Все эти способы очистки мазута от серы в обычных котельных не применяются из-за сложности и достаточно высокой стоимости.

Очистка продуктов сгорания от окислов серы с помощью мокрых скрубберов, как показал опыт их работы, малоэффективна, т. к. вода поглощает лишь некоторую часть SO₃, образуя серную кислоту и в очень малой степени SO₂. Для увеличения поглощения SO₂, содержащегося в дымовых газах в относительно небольших концентрациях (0,1 - 0,3%), требуется применять более эффективные поглотители - а именно водные растворы или взвеси веществ, переводя окислы серы в сульфаты или сульфиты. Известны также установки для очистки газов от окислов серы известью.

Методы подавления образования окислов азота в топках котлов. Окислы азота вредно действуют на органы дыхания живых организмов и вызывают ряд серьезных заболеваний, а также разрушающе действуют на оборудование и материалы, способствуют образованию смогов и ухудшению видимости.

По данным табл.7 можно судить о токсичности окислов азота. Так, максимально-разовая, предельно допустимая концентрация двуокиси азота почти в 6 раз ниже, чем ПДК для сернистого ангидрида, и в 30 раз меньше, чем для окиси углерода. Окислы азота образуются за счет окисления содержащегося в топливе азота и азота воздуха и. содержатся в продуктах сгорания всех топлив -- углей, мазутов и природного газа. Условием окисления азота воздуха является диссоциация молекулы кислорода воздуха под действием высоких температур в топке (1900--2000 °С).

В результате реакций в топочной , камере образуется в основном окись азота NO (более 95%). Образование двуокиси азота N02 за счет доокисления NO требует значительного времени и происходит при низких температурах на открытом воздухе. Таким образом, на выходе из дымовой трубы состав окислов азота почти не изменяется по сравнению с топочной камерой и только в атмосфере происходит процесс его постепенного доокисления. Концентрация окислов азота в уходящих газах котлов находится в пределах от ОД до 1,3 г/м3. Количество окислов азота, образующихся при горении, зависит от уровня и распределения температур, т. е. зависит от соотношения скорости горения и скорости отвода теплоты от факела.

Наибольший выход окислов азота характерен для высококалорийных сортов топлива и форсированных топок. В воде NO практически не растворяется. Очистка продуктов сгорания от NO и других окислов азота технически сложна и в большинстве случаев экономически нерентабельна. Вследствие этого усилия, как у нас, так и за рубежом направлены в основном на снижение образования окислов азота в топках котлов.

Образование окислов азота в процессе горения топлива уменьшается при снижении температуры горения, при сокращении времени пребывания азота и кислорода в высокотемпературной части факела, а также при уменьшении количества свободного кислорода в факеле. Анализ основных факторов, влияющих на образование окислов азота, позволяет наметить методы их подавления в топке.

Радикальным способом снижения образования окислов азота является организация двухстадийного сжигания топлива, т. е. применение двухступенчатых горелочных устройств. По этому методу в первичную зону горения подается 50 - 70% необходимого для горения воздуха, остальная часть воздуха (50 - 30%) поступает во вторую зону, где происходит дожигание продуктов неполного сгорания.

Отвод теплоты из первичной зоны горения должен быть достаточно большим, чтобы заключительная стадия процесса горения происходила при более низкой температуры.

В настоящее время проводятся исследования работы горелочных устройств для двухстадийного горения или получения растянутого по длине топочной камеры факела, что должно обеспечивать значительное снижение температурного уровня в топке и соответственно уменьшение образования окислов азота.

Вторым методом подавления образования окислов азота в топке является рециркуляция дымовых газов в топочную камеру. В этом случае дымовые газы при температуре 300 - 400єС забираются из конвективной шахты котла и подаются в топочную камеру. Ввод газов в топочную камеру может осуществляться через шлицы под горелками, через кольцевой канал вокруг горелок или путем подмешивания газов в воздух перед горелками.

Как показали исследования, наиболее эффективным оказался последний способ, при котором происходит наибольшее снижение температуры в ядре факела. Подмешивая до 20 - 25% дымовых газов, удается снизить содержание окислов азота на 40 - 50%. Рециркуляция газа, наряду с уменьшением температуры горения, приводит к снижению концентрации кислорода, т. е. уменьшению скорости горения, растягиванию зоны горения и более эффективному охлаждению этой зоны топочными экранами.

Подача воды и пара в зону горения также приводит к снижению образования окислов азота. Ввод воды или водяного пара в количестве 5 - 10% всего количества воздуха снижает температурный уровень в топке, так же как и при вводе рециркулирующего газа.

Снижение температуры подогрева и уменьшение избытка воздуха в топке тоже несколько уменьшает образование окислов азота как за счет снижения температурного уровня в топке, так и за счет уменьшения концентрации свободного кислорода.

Перечисленные способы при комплексном их использовании могут существенно снизить образование окислов азота в топке.

12. Практическая часть

Котельная потребляет Подмосковный уголь марки Б2Р, в объеме 192 тон в год. Мощность котельной составляет 200 кВт. В котле применен шахтный тип топки. Твердые частицы не улавливаются в золоуловители, доля оксидов серы 0. Номинальная и фактическая мощность котла равняется . Диаметр трубы 0,5 м, высота 31 м.

Дано:; q₃=2; q₄=2; Ь=1,4.

Расчет выбросов ЗВ в атмосферу.

Твердые частицы. Расчет выбросов твердых частиц летучей золы и недогоревшего топлива (т/год, г/с), выбрасываются в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегата в единицу времени при сжигании твердого топлива и мазута, выполняется по формуле:

где В -- расход топлива, т/год, г/с;

-- зольность топлива, %;

- доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях;

- доля золы топлива в уносе, %

- содержание горючего в уносе, %.

Оксиды серы. Расчет выбросов оксидов серы в пересчете на SO₂ (т/год, г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегатов в единицу времени, выполняется по формуле

где В - расход натурального твердого и жидкого (т/год, т/ч, г/с) и газообразного (тыс.м³/год, тыс.м³/л, л/с) топлива;

- содержание серы в топливе в рабочем состоянии, %;

доля оксидов серы, связанных летучей золой топлива;

доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе.

Оксид углерода. Расчет выбросов оксида углерода в единицу времени (т/год, г/с) выполняется по формуле

где В -- расход топлива, т/год, г/с, л/с;

С_СО - выход оксида углерода при сжигании топлива (кг/т, кг/тыс.м² топлива) - рассчитывается по формуле:

где q₃ - потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, %;

R - Коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива.

низшая теплота сгорания топлива в рабочем состоянии (МДж/кг, МДж/м³).

Q₄ - потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива, %.

Оксиды азота. Количество оксидов азота (в пересчете на NO₂), выбрасываемых в единицу времени (т/год, г/с), рассчитывается по формуле:

где В - расход натурального топлива за рассматриваемый период времени (т/год, тыс.м³/год, г/с, л/с);

теплота сгорания натурального топлива, (МДж/кг, МДж/м³).

параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1 ГДж тепла, кг/ГДж;

коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксидов азота в результате применения технических решений.

Расчет объема выбросов.

Расчет концентрации загрязняющего вещества газо-воздушной смеси.

концентрация I - го загрязняющего вещества в устье источника, мг/м³.

количество I -го загрязняющего вещества, выбрасываемого источником, г/с.

объем выбрасываемой из источника выбросов газо-воздушной смеси, м³/с.



По полученным концентрациям веществ в газо-воздушной смеси, можно сказать, какое вещество несет наибольшую угрозу окружающей среде, в данном случае это SO₂ и пыль.

Расчет рассеивания в атмосфере вредных веществ

А=200

М - количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с.

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе.

M и n - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газо-воздушной смеси из устья источника выброса.

H - высота источника выброса над уровнем земли, м.

V - объем газо-воздушной смеси, м³/с, определяется как произведение площади (м²) устья источника выброса (площадь сечения выхода трубы) на среднюю скорость (W, м/с) выхода газо-воздушной смеси из устья источника выброса.

Решение

т.к. 0,24<0,3, то n=3

Пыль 1,03 мг/м³>0,15 мг/м³

0,35 мг/м³>0,05 мг/м³

0,09 мг/м³<1 мг/м³

0,01 мг/м³<0,04 мг/м³

Величина максимальной приземной концентрации вредных веществ С_м при неблагоприятных метеорологических условиях наблюдается на оси факела выброса (по направлению среднего ветра за рассматриваемый период) на расстоянии х_м, м, от источника выброса.

Для пыли:

F=3

Для газа:

F=1

Пыль =

Расчет высоты трубы



1) a)Принимаем m,n и з равными 1, F пыль =3 , подставляем в формулу (1):

т.к 0,22<0,3|=> n=3

т.к. 0,26?3 то n=3

т. к 0.3<0,45?2, то

т.к 0.3<0,4?2, то

Вывод:

Высота трубы достаточна, для того, чтобы все выбросы были в норме, кроме газа SO₂ и пыли необходимо удлинить трубу или ставить фильтры, по другим показателям при строительстве котельной можно было сэкономить, и уменьшить ее длину:

- для CO₂ до 7,5 м.

- для NO₂ до 11,6 м.

Классификация предприятия и точечных источников выбросов ЗВ по степени воздействия на атмосферный воздух.

R	ТПВ
	>10	10-10	10-10	10-10	<10
>1000	IA	I	II	III	III
100-1000	I	II	II	III	III
50-100	II	II	III	III	IV
5-50	II	III	III	IV	IV
<5	III	III	IV	IV	IV
П	Класс предприятия
>10	I
10-10	II
10-5*10	III
<5*10	IV

Параметр разбавления (R) показывает, во сколько раз нужно разбивать чистым воздухом выбрасываемую газо-воздушную смесь для того, чтобы концентрация ЗВ в ней стала равной ПДК_мр.

Параметр требуемого потребления воздуха (ТПВ, м³/) показывает расход чистого воздуха, который требуется для разбавления выбросов до концентраций равных ПДК_мр.

По пыли относится к ІII классу

По диоксиду серы относится ко ІІI классу

По окиси углерода относится к ІII классу

По двуокиси азота относится к ІV классу

Класс предприятия

Поскольку наибольшее значение получается для SO₂, то именно это загрязняющее вещество определяет класс предприятия ІІІ класс. Котельная должна отделяться от населенного пункта санитарно-защитной зоной, размер которой зависит от класса котельной. В данном случае размер санитарно-защитной зоны - 100м.

Расчет ПДВ

13.Предлагаемый метод по снижению нагрузки

В нашем случае идёт речь об эксплуатации малой котельной мощностью 200 кВт, с коэффициентами очистки газо-воздушной смеси от пыли на золоуловителях равным 0%. Данный объект превышает предельно допустимый выброс в атмосферу по пыли и сернистому ангидриду. Снижение концентраций можно добиться путём применения способов очистки газо-воздушной смеси от оксидов серы и пыли. Также максимальную концентрацию сернистого ангидрида и пыли, в приземном слое атмосферы, можно уменьшить до значения, меньшего ПДК, увеличив высоту трубы примерно до 82 метров. Однако увеличение высоты трубы не приведёт к фактическому уменьшению выброса, а лишь к увеличению его рассеивания в атмосфере, кроме того, увеличивать высоту трубы почти в три раза, я считаю, не целесообразным мероприятием.

Оксиды серы, возможно, удалить способом сухой очистки:

Метод поглощения (хемосорбция). При этом методе горячий дымовой газ сначала очищается от твердых частиц, а затем пропускается через слой гидратированной золы бурого угля. Она содержит 50% свободной гидроокиси кальция, которая реагирует с двуокисью и трехокисью серы в Дымовом газе, образуя сульфит и сульфат кальция. При нагреве использованной золы бурого угля до высокой температуры эти газы рассеиваются, и после повторной гидратации поглотитель можно использовать вновь. Химические реакции этого процесса следующие:

Этот метод не столь эффективен, как другие: при его помощи обычно удаляют только около 80% окислов серы, содержащихся в дымовом газе.

Для лучшей очистки дымовых газов в тех случаях, когда твердое топливо сжигается в слое и количество дымовых газов не превышает 1,4 м³/с (50-10³ м³/ч), т. е. тепло-производительность котельной не более 3,5 МВт (3 Гкал/ч), применяются циклоны НИИОГАЗ (рис.4.).

Принцип действия циклона основан на закручивании тангенциальным коробом 2 входящего запыленного потока дымовых газов с последующим изменением направления движения (резким поворотом). За счет центробежных сил более тяжелые частицы золы отжимаются к стенкам циклона 1 и по ним скользят вниз в емкость 3; очищенные газы по центрально расположенному патрубку 5 выходят в отводящий короб. Удаление золы из емкости 3 в канал или другое устройство 4 осуществляется через специальную течку и мигалку.

Увеличение диаметра циклона и доли мелких твердых частиц снижает эффективность очистки газов, которая в среднем в одиночном циклоне составляет 85%. Поэтому для одиночных установок предложен конический циклон типа СК-ЦН, который позволяет снизить содержание мелких частиц в выходящих газах в 2--3 раза.

Для осуществления очистки от SO₂ методом поглощения, требуется предварительная очистка газо-пылевой смеси от её пылевой составляющей, которую, видимо целесообразно осуществить путём применения циклон НИИОГАЗ и циклон типа СК-ЦН, конструкцией, соответствующей параметрам газо-воздушной смеси. Если конечно всё это возможно, то мы получим примерно 85% очистку от выбросов пыли, а также соответственно в топке и после прохождения золы бурого угля 80% очистку от SO₂.

Расчет предотвращенного ущерба

Массы выбрасываемых веществ:

Оценка экономического ущерба от загрязнения окружающей среды

вещество	Аi
ТВЧ (сажа)	200
NO2	41
SO2	22
CO	1
CO2	3,16



Ущерб, приносимый данным объектом, в данных условиях эксплуатации составляет 2 139 043 рублей 20 коп. в год.

Конечный ущерб:

Без очистки ущерб воздушному бассейну составил бы 2 139 043 рублей 20 коп в год, а с очисткой-343674,24 руб/г.

Таким образом, предотвращённый ущерб составит:

П=Y_н-Y_k = 2139043,2 -343674,24=1795368,96руб.

Удельный предотвращенный ущерб

Пу=

Q-кол-во топлива сожженного за год

Пу=

Расчет рассеивания в атмосфере вредных веществ после очистных мероприятий.

М_п=2,15т/г=0,068г/с

М_SO=2,9т/г=0,092г/с

М_CO=0,12г/с

М_NO=0,01г/с

Пыль=

Классификация предприятия и точечных источников выбросов ЗВ по степени воздействия на атмосферный воздух (после очистных мероприятий).

По пыли относится к ІII классу

По SO₂ относится к ІII классу

Класс предприятия

В результате проведения мероприятий класс опасности котельной не изменился.

Таблица расчета расстояний от трубы по разным направлениям, на которых проявляется определенная концентрация.

ПЫЛЬ

До очистки:

С	X	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
		0.68	0.71	0.58	0.77	1.03	1.17	0.86	0.69
6,87	70	47,6	49,7	40,6	53,9	72,1	81,9	60,2	48,3

ГАЗЫ

До очистки:

С	X	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
		0.68	0.71	0.58	0.77	1.03	1.17	0.86	0.69
7,25	140	95,2	99,4	81,2	107,8	144,2	163,8	120,4	96,6

ГАЗЫ

После очистки:

С	X	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
		0.68	0.71	0.58	0.77	1.03	1.17	0.86	0.69
1,4	140	95,2	99,4	81,2	107,8	144,2	163,8	120,4	96,6

ПЫЛЬ

после очистки:

С	X	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
		0.68	0.71	0.58	0.77	1.03	1.17	0.86	0.69
1,1	70	47,6	49,7	40,6	53,9	72,1	81,9	60,2	48,3

Поля техногенного загрязнения атмосферы воздуха выбросами котельной представлены в приложении.

Также вспомогательные таблицы и схема генерального плана котельной находятся в приложении.

14.Заключение

В ходе выполнения курсовой работы получены некоторые представления о устройстве, эксплуатации теплоэлектростанций, а также о способах снижения их воздействия на окружающую среду.

В результате осуществления предложенных мер, по снижению экологического риска, при эксплуатации данного предприятия можно добиться снижения выбросов твёрдых частиц и сернистого ангидрида соответственно с 14,23 т/г до 0,71 т/г и с 14,52 т/г до 2,9 т/г. Это приведёт к уменьшению концентраций вредных веществ, в приземном слое атмосферы до значений не превышающих ПДК. Кроме того, предотвращённый ущерб воздушному бассейну составит 1795368,96 рублей ежегодно.

15. Библиография

Либерман Н.Б., Нянковская М.Т. Справочник по проектированию котельных установок систем централизованного теплоснабжения: (Общие вопросы проектирования и основное оборудование). - М.: Энергия, 1979. - 224 с.

Шаров Ю.И, Оборудование тепловых электростанций - проблемы и перспективы: Учебное пособие. - Новосибирск: НГТУ, 2002. - 122 с.

Черновский Л.А. Классификация предприятий и точечных источников выбросов ЗВ по степени воздействия на атмосферный воздух, - Новосибирск: СГТА, 2006.

Черновский Л.А. Расчет высоты дымовой трубы, - Новосибирск: СГГА. 2006.

Черновский Л.А. Расчет загрязнения атмосферного воздуха единичным точечным источником выбросов, - Новосибирск: СГГА, 2002.

16.Приложение

Таблице №1. Сорт и марка каменный углей

Сорт угля	Марка
Длиннопламенные Газовые Жирные Коксовые жирные Коксовые Отощенный спекающийся Тощий Слабоспекающийся	Д Г Ж КЖ К С Т СС

Таблица №2.Классификация углей по размеру кусков

Обозначения	Наименование	Размер кусков, мм
П К О М С Ш Р	Плита Крупный Орех Мелкий Семечко Штыб Рядовой	Больше 100 От 50 до 100 От 25 до 50 От 13 до25 От 6 до 13 Менее 6 Размеры не ограничены

Таблица №4. Нормы качества торфа

Показатели	Вид торфа
	фрезерный	кусковой
Содержание влаги Wp, %, не более	52	48
Зольность А%, не более	23	23
Засоренность посторонними примесями (куски размером свыше 25 мм), % не более	8	-
Содержание мелочи (куски размером менее 25 мм), % не более	-	30

Таблица №3. Нормы качества топочного мазута

наименование	Марка мазута
	40В	40	100В	100
Вязкость условная при 80єС, градусы ВУ, не более	6,0	8,0	10,0	16,0
Зольность, % не более	0,04	0,12	0,05	0,14
Массовая доля механических примесей, % не более	0,07	0,8	0,2	1,5
Содержание водорастворимых кислот и щелочей	отсутствует
Массовая доля серы, %, не более:
Для малосернистого мазута Для сернистого мазута	0,5 2,0	0,5-1,0 2,0	0,5 2,0	0,5-1,0 2,0
Для высокосернистого мазута	-	3,5	-	3,5
Содержание сероводорода	Не нормируется
Температура вспышки в открытом тигле, єС, не ниже	90	90	110	110
Температура застывания, єС не выше	10	10	25	25
То же для мазута из высокопарафинистых нефтей	25	25	42	42
Теплота сгорания низшая в пересчете на сухое топливо, ккал/кг, не менее:
Для малосернистого и сернистого мазутоа	9700	9650
Для высокосернистого мазута	-	9500	-	9500
Плотность при 20 єС, г/см, не более	-	-	1,015	1,015

Таблица №5. Область применения топок слоевого сжигания

Топливо	Производительность котлоагрегатов
	Паровых, т/ч	Водогрейных, Гкал/ч
	4	6,5	10	25	10	20	30
Антрациты АС и АМ, А?25%	Топки с пневмомеханическими забрасывателями и неподвижной решеткой	Топки с цепной решеткой прямого хода	-	-	-
Каменные угли Г, Д, Ж, V?25%; А?33%	Топки с забрасывателями и ленточной цепной решеткой обратного хода	Топки с забрасывателями и чешуйчатой цепной решеткой обратного хода	Топки с забрасывателями и ленточной цепной решеткой обратного хода	Топки с забрасывателями и чешуйчатой цепной решеткой обратного хода
Бурые угли, W?15%; А?37%	То же	То же	То же	То же	То же	То же	То же
Сланцы, W?11,6%; А?48%		Топки с забрасывателями и ленточной цепной решеткой обратного хода	-	-	-
	Топки с наклонно-переталкивающей решеткой

Таблица №6. Область применения камерных топок с твердым шлакоудалением при сжигании пылевидного топлива

Топливо	Паропроизводительность котлоагрегатов, т/ч
	25	35	50	75 и выше
Антрациты АШ, АСШ, полуантрациты и тощие угли	-	-	-	Пылеугольные топки с промбункером и шаровыми барабанными мельницами
Продукты обогащения (многозначительные)	-	-	-	То же
Каменные угли, V?28%; А?30%	Пылеуловительные топки со среднеходными мельницами
Каменные угли, V?28%	Пылеугольные топки с молотковыми мельницами
Бурые угли, W<7	То же
Бурые угли, W?12	Пылеуловительные топки с мельницами-вентиляторами
Бурые угли, W>12	-	Пылеугольные топки с промбункером и молотковыми мельницами
Сланцы	Пылеугольные топки с мельницами-вентиляторами

Таблица №7 Предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест

Загрязняющее вещество	Предельно допустимые концентрации, мг/м3
	максимально-разовая	среднесуточная
Пыль нетоксичная Сернистый ангидрид Окись углерода Двуокись азота Сажа (копоть) Сероводород Бенз(а)пирен Пятиокись ванадия Фтористые соединения (по фтору) Хлор	0,5 0,5 3,0 0,085 0,15 0,008 0,02 0,1	0,15 0,05 1,0 0,085 0,05 0,008 0,1 мкг/100м3 0,002 0,005 0,03

Размещено на Allbest.ru