диплом для архива (1222348), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

Рисунок 3.7 изменение содержания оксидов

серы по факелу:

l_ф – длина факела; В₀ – калибр горелки

В процессе сжигания топлива сера переходит не только в дымовые газы в виде SO_х, но может, отчасти, связываться твердыми продуктами сгорания: золой и шлаком при сжигании угля, коксом и золовыми отложениями при сжигании мазута. Поэтому концентрация SO_х в газах по длине газового тракта котла могут изменяться [7].

Оксиды серы являются одним из основных загрязнителей атмосферы. Сернистый ангидрид SO₂, представляет собой бесцветный газ с острым запахом. При вдыхании раздражает дыхательные пути, нарушает обменные и ферментативные процессы. При концентрации SO₂ в атмосферном воздухе 0,08 мг/м³ ощущается дискомфорт у людей. Наиболее чувствительными к SO₂ являются хвойные деревья, у которых наблюдается процесс увядания, при содержании SO₂ в воздухе, начиная с 0,08-0,23 мг/м³. Присутствие сернистого ангидрида совместно с дымом и сажей в атмосферном воздухе (при высокой влажности последнего) является причиной образования в промышленных центрах смогов в утренние часы. Продолжительность нахождения SO₂ в атмосфере сравнительно невелика (от 2-4 до 15-20 сут). За это время происходит его полное окисление до SO₃, которое протекает значительно быстрее под действием солнечного света [7]:

, (3.16)

Серный ангидрид (или триоксид серы) SO₃ является бесцветным газом, раздражающим дыхвтельные пути. Во влажном воздухе образует туман (аэрозоль) серной кислоты, которая активно разрушает металл конструкции, здания и оборудование [7].

3.2.1 Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу

Выбросы твердых частиц (золы и сажи) с продуктами сгорания топлива

Выбросы твердых частиц (летучей золы и сажи) в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегата в единицу времени рассчитываются по формуле (3.17)

, г/с (3.17)

где В_т – расход топлива, г/с и т/год; А^р – зольность топлива, %; – коэффициент, характеризующий долю золы топлива в уносе; – доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителе (принимается по техническим данным применяемых в котельной практике золоуловителей) [7].

, г/с

т/год

Выбросы оксидов серы с продуктами сгорания топлива

Выбросы оксидов серы в пересчете на диоксид серы SO₂ с дымовыми газами котла в единицу времени рассчитываются по формуле (3.18) [7]

, г/с (3.18)

где S^p – содержание серы в топливе, %; – доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива (для мазута – 0,02); – доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе (для сухих золоуловителей принимается равной нулю).

, г/с

, т/год

Выбросы оксида углерода с продуктами сгорания топлива

Выбросы угарного газа СО с дымовыми газами котлоагрегата в единицу времени рассчитываются по формуле (3.19) [7]

, г/с (3.19)

где – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;
– количество оксида углерода на единицу теплоты, выделяющейся при горении топлива, кг/ГДж; – потери теплоты вследствие механической неполноты горения топлива, % .

, г/с

, т/год

Выбросы оксидов азота с продуктами сгорания топлива

Количество оксидов азота (в пересчете на NO₂), выбрасываемых в единицу времени, рассчитывается по формуле (3.20) [7]

, г/с (3.20)

где К_NO2 – параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1 ГДж теплоты, кг/ГДж; – коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксидов азота в результате применения специальных технических решений (принимается равным нулю ввиду отсутствия воздухоохранных мероприятий).

, г/с

, т/год

3.3 Техническое обоснование методов сокращения вредных выбросов из котельной в воздушный бассейн

Одним из эффективных технических направлений сокращения вредных выбросов в атмосферу является разработка и внедрение малоотходных технологий использования жидкого топлива в котельных [9]. Наметившаяся в настоящее время тенденция применения высоковязких тяжелых жидких топлив и повышающиеся экологические требования к условиям их сжигания приводят к необходимости 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. 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 (ВМЭ).

Теоретические и экспериментальные исследования эффективности сжигания ВМЭ показали перспективность эмульгирования жидких топлив как метода повышения их качества и обеспечения требований, предъявляемых к ним потребителями и защитой окружающей среды [9].

Определенная универсальность сжигания ВМЭ 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 наличии других положительных эффектов [9].

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

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 [9].

Обводненное жидкое топливо (в том числе и с добавлением горючих отходов) при сжигании в топках котлов в виде ВМЭ 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 [9].

При сжигании жидких отходов и топлив с различным содержанием воды изменяются параметры процесса горения: объем уходящих газов; количество воздуха, подаваемого в топку; температура в топке;соотношение количества сухих и влажных продуктов горения; 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 a) и фактическое время пребывания реагирующих компонентов в топке котла [9].

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 [17] показывает, что при уменьшении величины теплоты сгорания жидкого топлива путем целенаправленного предварительного ввода в горючую смесь инертных примесей (распыленный пар или вода, нефтесодержащие сточные воды) можно ожидать снижения 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 [9].

Следовательно, посредством целенаправленного предварительного ввода в горючую смесь инертных примесей (например, дымовых газов, распыленного пара или воды в корень факела, нефтесодержащих сточных вод в жидкое топливо) можно добиться снижения температуры горения и уровня выхода оксидов азота. Создание композиционного жидкого высокоувлажненного топлива происходит путем предварительного высококачественного перемешивания топлива с водой (сточными водами) и сжигания его в виде водотопливных эмульсий [22, 23].

3.4 Теплотехнические методы сокращения образования оксидов азота и сопутствующих вредных веществ в топках котлов

В последнее время в нашей стране и за рубежом большое внимание исследователей уделяется методам снижения образования оксидов азота непосредственно в топках котлов [9]. Очистка продуктов сгорания от оксидов азота технически сложна и экономически нерентабельна, поскольку относительно малые концентрации NO_х извлечь из достаточно больших объемов дымовых газов крайне затруднительно. В то же время изменение топочного процесса в нужном направлении может привести к сокращению выбросов оксидов азота без дорогостоящих мероприятий по очистке дымовых газов. Изучение механизма образования оксидов азота показало, что температурный уровень в топке является основным фактором, влияющим на их выход в продуктах горения, хотя немаловажное значение имеет и концентрация кислорода. Это обстоятельство определяет главные направления борьбы с выбросами NO_х для котлоагрегатов, работающих на различных видах топлива. При сжигании природного газа, не содержащего связанного азота, для подавления выбросов оксидов азота необходимы методы, ограничивающие образование «воздушных» NO_х, т. е. влияющие на снижение температурного уровня в зоне горения [9].

При сжигании мазута в высокофиксированных топочных установках или качественных углей в топках с жидким шлакоудалением, когда максимальные температуры в топке достигают 1900…2000 К, уменьшение температуры в зоне горения также имеет значение, хотя уже не является столь эффективной мерой подавления выбросов NO_х [9].

Вместе с тем имеется достаточное количество пылеугольных котлов, в которых высоковлажные и зольные угли сжигаются в топках с твердым шлакоудалением с максимально развиваемой температурой 1600…1700 К. Для снижения выбросов NO_х практически бесполезно дальнейшее уменьшение температурного уровня. В этом случае более эффективны методы, воздействующие на изменение концентрации окислителя в реакционной зоне [9].

На рисунке 3.8 представлена схема классификации теплотехнических методов снижения выбросов оксидов азота с продуктами горения котлоагрегатов, которая охватывает апробированные в промышленности способы борьбы с NO_х при сжигании различных видов топлива [9].

Способ подачи воды или пара в ядро факела приводит к снижению выбросов оксидов азота. Этот способ предусматривает впрыск влаги в количестве 3…5 % от расхода топлива, что по аналогии с вводом рециркулирующих газов уменьшает максимальную температуру в зоне горения. По сравнению с обычным сжиганием мазута данный метод позволяет на 10 % подавить образование NO_х. Кроме того, впрыск влаги в топку эффективен не только для подавления оксидов азота, но и для уменьшения образования оксидов углерода, углеводородов и сажистых частиц вследствие увеличения их скорости выгорания за счет повышения концентрации радикалов О˙ и ОН˙ в реакционной зоне [17].

Снижение температуры подогрева и уменьшения избытка воздуха в топке котлоагрегата также несколько сокращает образование NO_х как за счет уменьшения температурного уровня в зоне горения, так и за счет падения концентрации свободного кислорода.

Характеристики

Список файлов ВКР