Разработка мероприятий по снижению выбросов в атмосферный воздух от теплоэнергетической установки



5. Характеристика выбранных мероприятий по снижению выбросов в атмосферный воздух от теплоэнергетической установки

Диоксид серы, или сернистый ангидрид, образуется при сгорании серы, сероводорода, а также при нагревании различных сульфитов в потоке воздуха или кислорода При обычных условиях S02 является бесцветным газом с резким запахом горючей серы Он почти в 2,3 раза тяжелее воздуха, горит и не поддерживает горения.

Диоксид серы в атмосфере способен окисляться до триоксида, который во влажном воздухе может превращаться в серную кислоту. Этой реакции способствует солнечный свет, различные катализаторы, а также озон даже за очень малых концентраций диоксида серы в атмосфере может находиться небольшое количество паров или аэрозолей серной кислоты, усиливающие загрязнения. Для устранения S02 в выхлопных газах введен ряд методов, среди которых лучше всего применяют аммиачный (варианты: аммиачно-сернокислый и аммиачно-автоклавный) , известняковый, магнезитовые, марганцевый и адсорбционные.

Аммиачные методы очистки газов от S02 сводятся к реакции с водным раствором сульфита аммония описаны в формуле (5.1):

(5.1)

Согласно дальнейшей методики распада бисульфита рассматривают две модификации метода: аммиачно-сернокислый и аммиачно-автоклавный.

Аммиачно-сернокислый вариант заключается в том, что сульфит аммония обрабатывают серной кислотой.

(5.2)



Половину выделенного S02 направляют на производство серной кислоты, которая непосредственно используется в процессе, а вторая половина может применяться как товарный продукт: S02 или Н2S04 описаны в формуле (5.2).

Очистительная установка работает следующим образом газ, содержащий в среднем 0,2% S02, очищают в распылительной абсорбере и, что орошается раствором сульфита аммония абсорбер состоит из трех секций: верхней распиливаемой, средней - абсорбционной и нижней - сепарационной. Очищенный газ проходит через брызгоулавливатели 2 и электрофильтры 3, после чего выбрасывается в атмосферу. В сборник 9 поступает сульфитно-бисульфитний раствор, конденсат из электрофильтров 3 и свежий раствор аммиачной воды из емкости 11. Стабилизированный по концентрации раствор возвращается на орошение.

Рис 5.1 - Схема установки для сернокислотного очистки газа:

1 - абсорбер, 2 - брызгоулавливатель, 3 - электрофильтр, 4 - колонна разложения , 7 - насосы, 6, 8-10 - соответственно сборники сульфита аммония, насыщенного раствора, поглощающего раствора и аммиачной воды, 11 - емкость для приготовления аммиачной воды 500-600 г / л, через сборник 8 насосом 7 раствор подают в колонну орошения 4 ,сюда также поступает 94% серная кислота.

Реакция разложения бисульфита амония происходит при температуре 70°С. С верхней колонны отводят концентрированный S02, снизу - раствор сульфата аммония. В емкости 6 раствор нейтрализуют до слабо -щелочной или нейтральной реакции аммиачной водой, а затем насосом 5 подают на склад готовой продукции.

При аммиачно-автоклавного методе абсорбцию диоксида серы также проводят раствором сульфит-бисульфита аммония. Но в этом случае раствор разлагается в автоклаве при температуре 150-160°С и давлении 0,5-0, 6 МПа с получением элементной серы и сульфита аммония. При этом происходит реакция:

(5.3)

В процессе термического разложения получают сульфат аммония и серу, которые являются торговыми продуктами. Технологическая схема приведена на рис. 3.Очистка газа от диоксида серы осуществляют в скруббере насадкой типа 1 в противотоке с циркуляционным раствором сульфит-бисульфита аммония Очищенный газ через трубу выбрасывается в атмосферу. В результате абсорбции диоксида серы концентрация солей в растворе увеличивается. Часть раствора удаляют, очищают от механических примесей в фильтр-прессе 2 и подают насосом в автоклав 3. Для ускорения реакции разложения в этот аппарат вводят определенное количество серной кислоты. Реакция разложения ускоряется я введением в раствор селена (0,003% от массы), в результате чего температура процесса снижается до 135°С.

Раствор сульфита аммония выпаривают под вакуумом в колонне 4 и охлаждают кристаллы сульфита аммония отделяют в центрифуге 5, сушат в сушильном аппарате 6 ,после чего направляют чистую серу на склад готовой продукции.



Рис 5.2. - Схема установки аммиачно-автоклавного очистки газов от диоксида серы:

1 - скруббер 2 - фильтр, 3 - автоклав, 4 - вакуумный испарительный аппарат, 5 - центрифуга, 6 - сушилка.

Известковый метод

Как реагент при этом методе применяют дешевые и широко распространенные вещества: известняк, известь и мел. Поглощение осуществляется суспензии за такими реакциями:

(5.4)

Сульфид кальция плохо растворяется в воде (0,136 г / л), в процессе очистки быстро перенасыщает раствор и выпадает в виде мелких кристаллов.

Преимуществами известнякового (известкового) метода являются простота технологической схемы, доступность в дешевизне сорбента, относительно малые капитальные затраты, возможность очистки газа без предварительного охлаждения и обеспыливания.

К недостаткам метода относятся низкий коэффициент использования известняка, зависящий от типа применяемого минерала и достигающий, как правило, 40-50%, получение в качестве продукта утилизации неиспользуемого шлама, относительно низкая эффективность очистки, подверженность забиванию кристаллическими отложениями абсорбционной аппаратуры и жидкостных коммуникаций.

Магнезитовый метод основан на поглощении S02 суспензией оксида магния:

(5.5)

Степень очистки зависит от PH циркулирующей жидкости в кислой среде образуется растворимый бисульфит магния. Процесс поглощения характеризуется реакцией:

(5.6)

Чтобы предупредить реакцию образования сульфита магния, в раствор добавляют ингибитор - парафенилендиамин:

(5.7)

Достоинством магнезитового способа является возможность достижения высокой степени очистки газов без предварительного их охлаждения. Обжиг сульфита магния может производиться на химическом предприятии за пределами ТЭС, так как высушенные и обезвоженные кристаллы могут достаточно удобно транспортироваться.

Основным недостатком магнезитового способа является наличие многочисленных операций с твердыми веществами (кристаллами сульфита, окиси магния, золы), что связано с абразивным износом аппаратуры и пилением. Для сушки кристаллов и удаления гидратной влаги требуется значительное количество тепла.

Разновидностью магнезитового способа является метод Грилло, в котором используются природные материалы: киезелит, содержащий моногидрат сульфата магния, и пиролюзит с содержанием до 87% двуокиси марганца.

Марганцевый метод

Разработанный японской компанией "Митцубиси", заключается в том, что измельченный диоксид марганца вводят в поток газа, загрязненного диоксидом серы. В результате реакции образуется сульфат марганца:

(5.8)

Аэрозоль сульфита марганца в твердом виде и избыток непрореагированного диоксида марганца выделяют в батарейных циклонах и электрофильт. Степень извлечения диоксида достигает 99,9% Выделенную смесь твердых частиц вводят в водный раствор аммиака и аерирують в окислительной колонне .При этом происходит реакция:

(5.9)

Раствор сульфата аммония отделяют фильтрацией или центрифугированием от твердых частиц диоксида марганца, который затем измельчают и возвращают в технологический процесс.

Адсорбционные методы

Адсорбенты является эффективным средством очистки газа от диоксида серы и рекуперации этого компонента с целью получения на его основе ценных товарных продуктов: серы, серной кислоты или сжиженного диоксиду серы.

Для улавливания S02 чаще всего используют углеродные пористые вещества - активированный уголь, полукокс и др.

Преимущественно в газах, подлежащих очистке, кроме диоксида серы, является водяной пар но и кислород. В этом случае первичные процессы завершаются при преобразовании этих компонентов из газовой фазы в адсорбированную:

(5.10)

Где, - состояние компонента в адсорбированных фазе.

В абсорбированный фазе происходят вторичные реакции с образованием серной кислоты в качестве конечного продукта:

(5.11)

Преимуществами такой схемы является возможность очистки горячих (до 200° С) запыленных газов. Содержащаяся в газе зола не задерживается в адсорбере, работающем в режиме кипящего слоя. После очистки газ сохраняет высокую температуру, подъемная сила его значительна и он легко рассеивается в атмосфере после выброса.

При наличии в газе смолистых веществ постепенно снижается поглотительная емкость сорбента вследствие его загрязнения. В этом случае часть сорбента должна выводиться на регенерацию. Последняя может быть осуществлена отмывкой сорбента соответствующими растворителями с последующей продувкой острым паром. К недостаткам способа относится большой расход сорбента вследствие истирания.

Абсорбционный метод целесообразно применять при очистке выбросов от парогазообразных ЗВ кислого или щелочного характера: диоксида серы, диоксида азота, сероводорода, диоксида хлора, хлора, хлорида водорода, фторида водорода, аммиака, паров азотной кислоты, едкого натра, тумана серной кислоты и др. В качестве абсорбента применяют водно-щелочные и водно-кислотные растворы; при выборе абсорбента следует отдавать предпочтение технологическим растворам, использование которых дает возможность возвратить уловленные ЗВ в производственный цикл вместе с технологическим раствором. При использовании в качестве абсорбентов сточных и оборотных вод целесообразно использовать такие воды , которые бы содержали в качестве активного компонента вещества способные, при взаимодействии с растворенным ЗВ, образовывать трудно-растворимые (шлам) или летучие соединения, легко выводимые из системы газоочистки; основные требования: к шламу - отношение к 4-му классу опасности, высокая водоотдающая способность и возможность утилизации; к летучим ЗВ - реальная возможность использования в данном производстве или каком-либо другом.

Примером такого способа является известняковый (известковый) способ очистки газов от диоксида серы; представляется возможным применение способа и для очистки выбросов от сероводорода.

Труднорастворимое соединение легко выводится из системы; однако при этом необходимо решать вопрос его полезного использования (утилизации) или размещения. Реализация такого способа во многом определяется технологией утилизации осадка, спросом и ценой на продукт его утилизации. Для санитарной очистки выбросов не исключается в применение специальных абсорбентов (например, моноэтаноламина для извлечения из выбросов сероводорода). Однако реализация такого варианта требует значительных затрат, обусловленных необходимостью приобретения и доставки активного компонента абсорбента. Снижение затрат на абсорбент достигают путем его регенерации; при этом, однако, возрастают капитальные и эксплуатационные затраты. Кроме того, в виду малых концентраций ЗВ в выбросах, возникают вопросы дальнейшего обращения с ними (в выбросах после регенерационного аппарата).



Рис. 5.3 - Блок-схема очистки выбросов абсорбционным методом:

1 - блок подготовки газов, 2 - абсорбер, 3 - блок обработки отработанного активного материала, 4 - сборник.

Подготовка газов предполагает извлечение из газов взвешенных веществ, регулирование температуры газового потока и его влажности.

В блоке 3 осуществляется обработка активного материала с целью его регенерации повторного использования в цикле очистки.

На основе представленных материалов и исходных характеристик очищаемого газа выбираю абсорбционный метод очистки газа с абсорбером со взвешенной насадкой.

Абсорбер ВН обеспечивает достаточную эффективность очистки выбросов от диоксида серы. Его выбор также обуславливается большим объемом выбросов от ТЭЦ. [5]



6. Расчёт эффективности мероприятий по снижению выбросов в атмосферный воздух от теплоэнергетической установки

Исходя из полученной информации и используя приложение [1] мы можем пересчитать количество выбросов оксидов серы от энергоустановки и определить эффективность выбранных мероприятий по очистке дымовых газов от загрязняющих атмосферный воздух вредных веществ (SO2).

По данным таблицы Д.8 (приложение Д) [1] эффективность сероочистной установки II равна 0.97, а её коэффициент работы 0,99.

Показатель эмиссии оксидов серы (в перерасчёте на SO2) которые поступают в атмосферу с дымовыми газами за промежуток времени Р, является специфическим и рассчитывается по формуле (2.1.3):

(2.1.3)

где Sr - содержание серы в угле ГР на рабочую массу;

nI - эффективность связывания серы золой или сорбентом в энергоблоке (таблица Д 2 приложение Д) [1];

nII - эффективность очистки дымовых газов от оксидов серы;

- коэффициент работы сероочистной установки.

При сжигании угля:

Валовый выброс оксидов серы (формула 2.1.2):

т.



Выбросы сернистого ангидрида при сжигании мазута:

Показатель эмиссии оксидов серы (в перерасчёте на диоксид серы SO2), которые поступают в атмосферу с дымовыми газами за промежуток времени Р, является специфическим и рассчитывается по формуле (2.1.3):

г/Гдж. (2.1.3)

Эффективность связывания оксидов серы I по данным таблицы Д.2 (приложение Д)[1] составляет 0,05.

г/ГДж.

Тогда по формуле (2.1.2) валовый выброс равен:

т.

Таблица 6.1 - Валовые выбросы оксидов серы с учётом и без учёта работы сероочистительной установки, т.

Вид топлива	Без сероочистительной установки	С сероочистительной установкой
Каменный уголь	42280	1678
Мазут	546,3	36,82

По данным таблицы (3),видно весомую разницу между валовыми выбросами оксидов серы с учетом и без учета сероочистительной установки [1].



Заключение

Главная опасность теплоэнергетики для атмосферы заключается в том, что сжигание углеродсодержащих топлив приводит к появлению двуокиси углерода CO2 , которая выбрасывается в атмосферу и способствует созданию парникового эффекта.

Наличие в сжигаемом угле добавок серы приводит к появлению окислов серы, они поступают в атмосферу и после реакции с парами воды в облаках создают серную кислоту, которая с осадками падает на землю. Так возникают кислотные осадки с серной кислотой.

Другим источником кислотных осадков являются окислы азота, которые возникают в топках ТЭС при высоких температурах (при обычных температурах азот не взаимодействует с кислородом атмосферы). Далее эти окислы поступают в атмосферу, вступают в реакцию с парами воды в облаках и создают азотную кислоту, которая вместе с осадками попадает на землю. Так возникают кислотные осадки с азотной кислотой.

В каменном угле и летучей золе содержатся значительные количества радиоактивных примесей. Годовой выброс в атмосферу в районе расположения ТЭС мощностью 1 ГВт приводит к накоплению на почве радиоактивности, в 10-20 раз превышающей радиоактивность годовых выбросов АЭС такой же мощности.

Таким образом, защита атмосферы от тепловых выбросов должна быть направлена на снижение объёмов газовых выбросов и их очистку и включать следующие мероприятия:

- контроль за состоянием окружающей среды;

- применение методов, способов и средств, ограничивающих объёмы выбросов газа и подачи его в промысловую газосборочную сеть;

- использование в аварийных случаях факельных устройств, обеспечивающих полное сгорание сбрасываемого газа;

- обеспечение соблюдения экологических нормативов проектируемыми объектами и сооружениями;

- применение системы автоматических блокировок технологических потоков в нефтепереработке, позволяющей герметизировать опасные участки в аварийных ситуациях и осуществить разрядку этого звена в факельную систему;

- максимально возможное изменение топливных режимов тепловых энергетических установок в пользу экологически чистых видов топлива и режимов его снижения;

- достижение основного объёма снижения газовых выбросов в нефтепереработке путём строительства установок по подготовке природного газа и систем газопроводов, обеспечивающих утилизацию.

Снижение объёмов вредных выбросов достигается в процессе реконструкции и модернизации производства, сопровождаемых строительством природоохранных объектов.



Перечень ссылок

1. Маврищев В.В. Основы экологии: Учебник / В.В. Маврищев. - Мн.: Выш. шк., 2003. - 416 с.

2. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб. пособие для вузов, средних школ и колледжей. - 3-е изд., испр. и доп. / Ю.В. Новиков. - М.: ФАИР-ПРЕСС, 2005. - 736 с.

3. Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопасность: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений. - 2-е изд., перераб. - М.: Издательский центр "Академия", 2004. - 480 с.

4. Экология: Учебное пособие / Под ред. проф. В.В. Денисова. - 2-е изд., исправленное и дополненное. - Москва: ИКЦ "МарТ", Ростов-на-Дону, 2004. - 672 с.

5. Источник интернет (http://science4you.ru/),(http://www.innovation group.com.ua/).

Размещено на Allbest.ru