Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

При снижении избытков воздуха ниже критических сажа может накапливаться на поверхностях нагрева в достаточном количестве и затем, с увеличением значительно выше критических, самовозгораться. Потемнение дыма наблюдается при коэффициенте воздуха на 5-15 % ниже оптимального. Цвет дыма не характеризует механическую неполноту сгорания: все зависит от содержания углерода в топливе. Оксид углерода относится к продуктам незавершенного горения и обнаруживается при отсутствии окислителя или его недостатка в высокотемпературной зоне. При неблагоприятных условиях (недостатке кислорода воздуха) наблюдается резкое увеличение оксида углерода.

Химическая неполнота сгорания характеризуется наличием в дымовых газах горючих компонентов: Н₂, СО, СН₄ и других углеводородов. Причиной их образования является недостаток воздуха, необходимого для полного сгорания топлива, или неудовлетворительная организация процесса сжигания.

Процесс образования углеводородов и сажистых частиц в топках котлов тесно связан непосредственно с конструкцией топочно-горелочных устройств, видом и режимом горения топлива. При этом различают три основных метода сжигания топлива: диффузионный (топливо и воздух предварительно не смешиваются и подаются в топку раздельными потоками), кинетический (топливо предварительно перемешивают с необходимым для сгорания количеством воздуха) и диффузионно-кинетический принцип горения. При диффузионном горении протекают как реакции полного окисления, так и термического разложения углеводородов, приводящие к появлению в пламени сажистых частиц. Раскаляясь в пламени, эти частицы придают ему ярко-желтую окраску. В процессе горения углеводородных топлив при высоких температурах углеводороды разлагаются и образуют формальдегид и ацетилен, которые претерпевают процесс удлинения цепи и в результате реакций циклизации и дегридратации могут превратиться в сильнодействующий бенз(а)пирен С₂₀Н₁₂. В условиях недостатка окислителя часть этих канцерогенных углеводородов не сгорает и уходит с дымовыми газами (вместе с сажистыми частицами); концентрация углеводородов в продуктах сгорания зависит от конструкции топочно-горелочных устройств и режима горения.

Так, при кинетическом методе сжигания топлива следует ожидать минимального содержания канцерогенов или даже их полного отсутствия в дымовых газах.

2.1.3 Теоретические основы образования оксидов серы

Процесс окисления сернистых соединений подробно изучен Н.Н. Семеновым, который предложил следующий цепной механизм:

H₂S+O₂HS+HO₂ (зарождение цепей); (2.9)

HS+ O₂SO+OH (цепь); (2.10)

OH+ H₂S HS+ O₂H; (2.11)

SO+ O₂SO₃+O (разветвление цепей); (2.12)

O+ H₂S HS+ OH. (2.13)

При окислении серы вслед за (2.12) протекает реакция:

SO₂+O₂SO₃+O. (2.14)

При сгорании мазута сера, содержащаяся в нем, переходит в SO₂ и в незначительных количествах в SO₃ (до 2 %). При этом происходит переход около 99 % всей серы, содержащейся в мазуте, в SO₂.

Из механизма, предложенного акад. Н.Н. Семеновым, следует, что механизм окисления сернистых соединений мазута во многом зависит от концентраций ОН, О и О₂. При этом окисление серы происходит за счет избытка молекулярного кислорода. С увеличением ОН, О и О₂ следует ожидать и ускорения процесса окисления и H₂S. При взаимодействии с атомарным водородом H₂S дает радикалы HS и ОН, а их взаимодействие приводит к образованию SO.

H₂SS_r SO₂ (2.15)

H₂SHSSO SO₂ (2.16)

H₂SHSS SO₂ (2.17)

Два первых направления могут преобладать при избытке молекулярного кислорода. При избыточном содержании ОН и Н, по всей видимости, будет превалировать третье направление.

Из (2.15) следует, что основная часть сернистых соединений превращается в SO₂. Между тем и SO, и SO₂ не являясь коррозионно-активными агентами в условиях котельных агрегатов, могут участвовать в получении наиболее агрессивного компонента – SO₃.

В зависимости от температуры горения и концентрации кислорода часть образующегося SO₂ может превратиться в серный ангидрид SO₃. Переход SO₂ и SO₃ осуществляется по реакциям:

‑ гомогенного окисления диоксида серы в дымовых газах молекулярным кислородом

2SO₂+O₂2SO₃ (2.18)

‑ гомогенного окисления диоксида серы атомарным кислородом

SO₂+O₂SO₃ (2.19)

‑

kt

гетерогенного каталитического окисления диоксида серы

SO₂+0,5O₂SO₃ (2.20)

Последняя реакция (2.20) может протекать только под воздействием катализатора, в роли которого чаще всего выступают окисленные поверхности нагрева котлов. В составе оксидов серы, образующихся в пламени, лишь около 1-5 % SO₃, и скорость его образования при отсутствии катализатора незначительна. При характерных для пламени температурах более вероятным является образование диоксида серы SO₂ (примерно 95-99 %).

2.2 Обоснование разработки устройств для снижения выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду.

В последнее время одним из эффективных технических направлений сокращения вредных выбросов в атмосферу является разработка и внедрение малоотходных технологий использования жидкого топлива в котельных. Наметившаяся в настоящее время тенденция использования высоковязких тяжелых жидких топлив и повышающиеся экологические требования к условиям их сжигания требуют разработки новых технологических элементов во всей цепи, связанной с подготовкой и сжиганием таких топлив, что влечет за собой дополнительные капитальные вложения в реконструкцию топливных хозяйств. Однако успехи, достигнутые в области сжигания обводненных жидких топлив, дают основание решить предстоящие задачи более простым и дешевым путем - эмульгированием смеси воды и топлива и сжиганием ее в виде водомазутной эмульсии.

Теоретические и экспериментальные исследования эффективности сжигания водомазутных эмульсий показали перспективность эмульгирования жидких топлив как метода повышения их качества и обеспечения требований, предъявляемых к ним потребителями и защитой окружающей среды.

Определенная универсальность сжигания водомазутных эмульсий заключается в возможности подавления синтеза токсичных и вредных веществ в продуктах сгорания, утилизации горючих отходов, а также прямого повышения экологической эффективности за счет повышения эффективности работы топливосжигающих агрегатов при снижении избытков воздуха и других положительных эффектов.

Дальнейшие исследования и внедрение в практику сжигания во­домазутных эмульсий совместно с другими методами защиты окружающей среды при сжигании жидких топлив позволит решить достаточно широкий круг проблем, стоящих в настоящее время перед промышленными предприятиями железнодорожного транспорта.

Известно, что уровень образования токсичных продуктов горения при сжигании углеводородного жидкого топлива зависит от типа топливосжигающих устройств, а также от конструкции установок подготовки топлива к сжиганию. Разработка данных устройств базируется на физико-химических основах образования вредных веществ при горении топлива.

Обводненное жидкое топливо (в том числе и с добавлением горючих отходов) при сжигании в топках котлов в виде водомазутных эмульсий обладает пониженной теплотой сгорания, зависящей от содержания влаги. В этой связи представляется необходимым установить, как будут меняться теплотехнические показатели работы котельной установки в зависимости от содержания в топливе воды и на этой основе оценить эколого-экономическую целесообразность использования обводненных топлив и горючих отходов.

При сжигании жидких отходов и топлив с различным содержанием воды изменяются параметры процесса горения: количество воздуха, подаваемого в топку, объем уходящих газов, соотношение количества сухих и влажных продуктов горения, температура в топке, коэффициенты теплоотдачи, температура уходящих газов и др. Эти параметры, определяющие в конечном итоге экологические параметры котла, зависят от условий, при которых осуществляется процесс их сжигания.

Среди факторов, определяющих уровень оксидов азота, оксидов серы, кроме температуры горения следует также выделить локальные концентрации кислорода (коэффициент избытка воздуха α) и фактическое время пребывания реагирующих компонентов в топке котла.

Если проанализировать максимальную температуру горения, то она зависит от величины теплоты сгорания топлива, температуры воздуха и топлива, а также от объемов продуктов сгорания и избытков воздуха. Анализ литературных данных показывает, что при уменьшении величины теплоты сгорания жидкого топлива путем целенаправленного предварительного ввода в горючую смесь инертных примесей (распыленного пара или воды, нефтесодержащих сточных вод) можно ожидать снижение уровня выхода высокотоксичных оксидов азота. Одновременно со снижением максимальной температуры в зоне горения в указанных условиях наблюдается уменьшение концентрации реагирующих веществ из-за разбавления инертными средами. В качестве максимальной температуры горения можно принять температуру горения топлива.

Следовательно, путем целенаправленного предварительного ввода в горючую смесь инертных примесей (например, дымовых газов или распыленного пара, или воды в корень факела, нефтесодержащих сточных вод в жидкое топливо), можно ожидать снижение температуры горения и уровня выхода оксидов азота. Создание композиционного жидкого высокоувлажненного топлива путем предварительного высококачественного перемешивания топлива с водой (сточными водами) и сжигания его в виде водотопливных эмульсий.

Существуют устройства для снижения выхода загрязняющих веществ с продуктами горения жидкого топлива, которые базируются на создании жидкого высокообводненного топлива путем предварительного качественного перемешивания мазута с водой или сточными водами и последующее его сжигание в виде ВМЭ.

2.3 Расчет выбросов твердых частиц, оксидов серы, оксидов углерода и оксидов азота при сжигании мазута

Выбросы твердых частиц (золы и сажи) в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегата в единицу времени рассчитывается по формуле:

М_тв= В_Т.А^Р.Х.(1-η) , (2.21)

где В_Т – расход топлива г/с или т/год,

А^Р – зольность топлива % ;

Х – коэффициент, характеризующий долю золы топлива в уносе;

η- доля твердых частиц, улавливаемых в золоулавителе;

Выбросы оксидов серы в пересчете на диоксид серы SO₂ с дымовыми газами котла в единицу времени рассчитывается по формуле:

М_so2=0,02. В_Т.S^p.(1- η_so2)(1- η_so2) , (2.22)

где S^p – содержание серы в топливе %,

η_so2 – доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива(для углей-0,1; для мазута- 0,02);

Выбросы угарного газа СО с дымовыми газами котлоагрегата в единицу времени рассчитываются по формуле:

М_со=0,001В_Т ^p_HƘ_СО(1- ) , (2.23)

где Q^p_H – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

Ƙ_СО – количество оксида углерода на единицу теплоты, выделяющейся при горении топлива, кг/ГДж;

q⁴ – потери теплоты вследствие механической неполноты горения топлива %;

Количество оксидов азота, выбрасываемых в единицу времени, рассчитывается по формуле:

М_NO2=0,001В_Т ^p_HƘ_NO2(1-β), (2.24)

где Ƙ_NO2 – параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1 ГДж теплоты, кг/ГДж, в зависимости от котла и вида топлива, сжигаемого в топке котлоагрегата;

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

3 Разработка методов и устройств для сокращения выбросов из котельной

3.1 Организация санитарно-защитной зоны.

Санитарно-защитная зона – это особая функциональная зона, отделяющая предприятие от селитебной зоны либо от иных зон функционального использования территории с нормативно закрепленными повышенными требованиями к качеству окружающей среды.

СЗЗ устанавливается в целях снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха, уровней шума и других факторов негативного воздействия до предельно допустимых значений на границе с селитебными территориями за счет обеспечения санитарных разрывов и озеленения территорий.

В СЗЗ действует режим ограниченной хозяйственной деятельности.

Основные правила установления регламентированных границ СЗЗ сформулированы в СанПиН 2.2.1/2.1.1.567-9б "Проектирование, строительство; реконструкция и эксплуатация предприятий. Планировка и застройка населенных мест. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов" .

Характеристики

Список файлов ВКР