Диссертация (1143428), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Приотмеченном уровне температур с термодинамической точки зрения определяющими реакциями в топочных газах, содержащих H2S и COS, можно считать следующие:СаО + H2S = СаS + H2О,(2.41)СаО + H2 = Са + H2О,(2.42)СО + H2О = СО2 + H2,(2.43)H2S = H2 + 1/2 S2.(2.44)Реакция (2.44) протекает при температурах более 1500...1600 K.
До температуры 1400 K равновесная степень превращения при термическом разложениисероводорода не превышает 10 %. Эффект восстановления окиси кальция пореакции (2.42) в диапазоне температур 1000...1700 K незначителен.В процессе выгорания твердого топлива, содержащего серу и гумматыкальция и магния, появляются активные свободные окиси этих металлов, которые затем соединяются с элементарной серой с образованием сульфидов:2СаО + 1,5S2 = 2СаS + S2О,(2.45)4СаО + 2S2 = 3СаS + СаSО4.(2.46)Реакции (2.45) и (2.46) в диапазоне температур 1173...1273 K характеризуются достаточно большой отрицательной величиной изобарно-изотермического88потенциала.
Эта особенность твердых топлив заметно проявляется для бурыхуглей, в которых отмечается значительное содержание гумматов.Содержащий серу продукт СаS попадает в среднюю часть топки (вышегорелок), где избытки воздуха больше единицы. В этих условиях возможноокисление сульфида кальция по следующим реакциям:СаS + 2O2 = 2СаSO4;(2.47)СаS + 3/2 O2 = CaO + SO2.(2.48)Сравнение значений термодинамических потенциалов реакций (2.47) и (2.48)показывает, что при температурах 1000...1700 K преимущественно протекаетреакция (2.47).Сероокись углерода COS при нормальных условиях является нестабильным соединением. В условиях недостатка кислорода СОS будет реагироватьс СаО по реакцииСаО + СОS = СаS + СО2.(2.49)В окислительной среде СаS соединяется с кислородом, образуя СаSО4.Мелкие частицы топлива, уносимые непосредственно в прямоточнуючасть факела, сгорают так же, как и в обычных пылеугольных топках.
Приэтом соединения серы превращаются в SO2.Как отмечает автор [86], рассмотренные им процессы превращений соединений серы указывают на возможность дополнительного связывания оксидов серы путем ввода сорбента в виде СаСО3 (известняк) в вихревую зонутопки.Из анализа механизмов образования оксидов серы SOx и методов ихдальнейшего снижения следуют выводы:1) образовавшиеся SOx состоят в основном из сернистого ангидрида(SO2), незначительная часть которого (1...5 %) переходит затем в серный ангидрид (SO3);2) содержание SOx в уходящих газах котлов определяется содержаниемсоединений серы в исходном топливе и содержанием карбонатов кальция имагния в его золе;3) дополнительное снижение концентрации оксидов серы возможно, втом числе путем введения СаО-содержащих примесей и других присадок.89Снижение токсичных выбросов NOx и SOx с уходящими газами ТЭСпринципиально возможно реализовать на разных стадиях: в процессах топливоподготовки и сжигания топлива (активные методы) и очистки продуктовсгорания (пассивные методы).
На рисунке 2.20 представлены методы, охватывающие основные мероприятия по снижению выбросов оксидов азота исеры. Требуемый уровень предельно допустимой концентрации можно обеспечить, рассеивая вредные вещества в атмосфере путем строительства высоких и сверхвысоких дымовых труб. Однако это не снижает выбросаРисунок 2.20 – Методы снижения выбросов оксидов азота и оксидов серы90общего загрязнения окружающей среды вследствие постоянства абсолютногозагрязнителей в атмосферу.
Кроме того, стоимость дымовой трубыс увеличением ее высоты резко возрастает. Так, например, при увеличениивысоты трубы от 180 до 250 м ее стоимость возрастает в 3 раза, а до высоты320 м – в 6...10 раз [374].Подавление образования оксидов азота и оксидов серы на стадииподготовки топлива. К методам подавления NOx и SOx на стадии подготовки топлива относятся различные пути получения “чистого” топлива, однакореализация многих из них ввиду сложности и высокой стоимости до сих порне вышла за пределы полупромышленных и промышленных экспериментов.Очистка от серы жидких топлив достаточно освоена и ее практическаяреализация в каждом конкретном случае зависит лишь от экономической целесообразности.
В настоящее время применяются два метода сероочисткижидкого топлива – прямой и косвенный. При прямой сероочистке жидкоетопливо обрабатывается путем каталитического гидрирования с выделениемсеры в виде сероводорода и с дальнейшим восстановлением до элементарнойсеры [380]. Эффективность этого метода составляет 20...25 % (уменьшениесодержания связанной серы в топливе с 3...4 % до 0,6...1,0 %). Метод косвенной очистки от серы представляет собой перегонку жидкого топлива в вакууме. После сероочистки содержание серы в топливе составляет 0,3...0,5 %при содержании серы в исходном топливе 3...4 % и в отходах до 10 % [381].Промышленное освоение методов сероочистки твердых топлив намногосложнее.
Содержание колчеданной серы может быть относительно легко понижено путем обогащения топлива. Органическая же сера входит непосредственно в состав горючей массы, и удаление ее чрезвычайно сложно и дорого.Большинство методов очистки угля от органической серы связано сприменением различных растворителей, в которых уголь растворяется приповышенных температурах под давлением в присутствии водорода. В результате органическая сера переходит в Н2S и удаляется.
Растворитель регенерируется и возвращается в цикл [382].К числу углей, содержащих большое количество колчедана, относятсяподмосковные, кизеловские и ряд других. Колчедан значительно тверже угля, обладает большим удельным весом, имеет меньшую, чем у угля упругость, не обладает магнитными свойствами и находится в угле в виде отдельных кусков различной величины или в виде вкраплений. Наличие колчеданав топливе, кроме загрязнения атмосферного воздуха вредными окислами се-91ры при его сжигании, приводит к снижению производительности мельниц,повышению удельного расхода электроэнергии на размол и повышенномуизносу размалывающих и транспортирующих элементов оборудования системы пылеприготовления.
Кроме того, колчедан снижает температуру плавления золы угля, что способствует более интенсивному шлакованию поверхностей нагрева котла и усилению коррозии хвостовых поверхностей котельной установки. Вместе с тем, поскольку серный колчедан представляет собойценное сырье для химической или бумажной промышленности, целесообразно выделять колчедан из угля до его поступления в мельницы.Сепарацию колчедана возможно осуществлять в специальных сепараторах колчедана (например, в сепараторе П.И. Киселева [383]).
При поступлении влажного угля предусматривается его подсушка горячим воздухом. Сепарация колчедана осуществляется отсеиванием от угля за счет большегоудельного веса колчедана и его меньшей упругости.Процентное количество отсепарированного из угля колчедана можноопределить по формулеBк ( S кс ) к 100b, %,Bс ( Sкс ) уг 1,88(2.50)где Bк – вес сухой массы отхода, выделившегося в сепараторе (колчедан,уголь, различные посторонние примеси) кг/ч; Вс – производительность установки, отнесенная к сухой массе топлива кг/ч; (Sск)к – содержание колчеданасеры в отходе на сухую массу, %; (Sкс)уг – первоначальное содержание колчеданной серы в угле на сухую массу, %; 1,88 – соотношение атомарных весов FeS2 и S2.
Правильным выбором скорости газовоздушной смеси при начальной крупности угля 0...15 мм удается выделить до 30...35 % колчедана, ав эксплуатации 10...15 %. Более полное выделение колчедана таким способом затрудняется тем, что часть его это мелкие фракции, выносящиеся газовоздушным потоком, или тем, что он вкраплен в кусочки угля.Количество колчедана, выделяемого в двухступенчатых сепараторахконструкции П.И.
Киселева, в опытах 65...70 %, а в эксплуатации 40...50 %. Как отмечается в [383], при номинальном режиме работы сепаратора с К.П.Д. 50 %, отходы колчедана практически не содержат угля, в то времякак в эксплуатации по ряду причин выпадение угля вместе с колчеданом может резко увеличиться.В некоторых случаях на электростанциях прибегают к очистке отходов92от угля, загружая их для этого в ребристый вентилируемый барабан, в котором колчедан, как более прочный материал, размалывает примешанный кнему уголь. Образующаяся при этом угольная пыль выносится воздушнымпотоком из барабана и направляется в топку котла, а очищенный колчеданиспользуется как химическое сырье.При установке воздушного сепаратора колчедана перед мельницами любой конструкции, магнитные сепараторы можно не устанавливать, так как всепараторах колчедана выделяется все попадающие с углем металлическиепредметы.Процесс газификации топлив включает в себя ряд последовательныхпроцессов перевода жидкого или твердого топлива в газообразное состояниепутем неполного окисления при высокой температуре (800...1300 С) с одновременным удалением вредных примесей, выступающих в качестве побочных продуктов (сера, азот, концентрат ванадия) [384...388].
Газификация топлива в сравнении с сероочисткой газов имеет ряд преимуществ и в частностиотсутствие необходимости восстановления серы, так как в процессе газификации сера не окисляется и получается в виде сероводорода Н2S, переработкакоторого в элементарную серу более рентабельна, чем двуокиси серы. Процесс газификации обеспечивает снижение выбросов оксидов серы и азотапримерно в 10 раз, однако капитальные вложения в создание установки погазификации топлива на ТЭС достигают 30 % от основных вложений на установленный киловатт мощности.Метод предварительной термической обработки топлива, разработанный ВТИ (В.И. Бабий и др.) [389], состоит в подогреве угольной пыли ввосстановительной среде, где происходит разрушение азотосодержащихкомпонентов топлива и выход вместе с летучими азотистых радикалов типаHCN и NH3.
Последние затем реагируют с образованием молекулярного азота N2. Исследования показали, что при подогреве угольной пыли до температур 800...1000 K в течение 0,12...0,19 с возможно снизить выход оксидов азотав 2...2,5 раза (рисунок 2.21).Обработкой опытных данных авторами [389] получена зависимость относительного снижения выхода оксидов азота при горении твердого топливаот температуры подогрева топливной пыли и содержания летучих веществ вгорючей массе топливаNO Т NO 0 1 5,3 10 3 (TП 7V daf 770) 0,8 ,(2.51)93где NOт – выход оксидов азота при подогреве угольной пыли до температуры Tп;NO0 – выход оксидов азота при горении угольной пыли без подогрева;Vdaf – содержание летучих в горючей массе топлива.Рисунок 2.21 – Снижение выхода NOв зависимости от температурыподогрева пыли [389]:1 березовский уголь;2 экибастузский уголь;3 кузнецкий тощий угольРисунок 2.22 – Влияние степенирециркуляции газов на концентрациюоксидов азота в дымовых газах котлаТГМП-314 (при различной нагрузкеи подаче рециркуляционных газовв тракт дутьевого воздуха) [184]Снижение генерации оксидов азота при реализация этого метода настанции, ведет одновременно к увеличению капитальных затрат и повышаетвзрывоопасность системы пылеприготовления.Подавление оксидов азота и серы на стадии сжигания топлива.
Среди различных методов снижения выбросов NOx одними из самых доступныхдля практического внедрения и относительно дешевых являютсявнутритопочные (или технологические) методы.Снижение избытка воздуха, подаваемого для горения топлива уменьшает образование как “термических”, так и “топливных” NOx примерно на20...30 % [105, 338, 352, 376, 390...394]. Достоинством этого метода являетсяотсутствие дополнительных капитальных затрат. Однако низкие избыткивоздуха приводят к увеличению выбросов ПАУ, твердого углерода и окисиуглерода [395...397], вызывают рост содержания горючих в уносе и шлаке,94усиление шлакования экранных панелей, а в ряде случаев интенсифицируютвысокотемпературную коррозию экранов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
