Екологічністьі безпеку при експлуатації котла з топковим пристроєм киплячого шару,працюючим на високозольного паливі
екологічність котел оксидсірка
Травкін Антон Сергійович
2009
1.Введення
При розглядіпроекту котла або інший ВТУ необхідно розглядати його економічність,безпеку і безаварійність виробничих процесів. Передбаченіполітикою держави в галузі охорони праці та екології закони, В«Про промисловубезпеку небезпечних виробничих об'єктів В»від 21.07.2023 року, закономВ« Прораціональної безпеки населення В»від 09.01.2024 року, закономВ« Про охоронунавколишнього природного середовища В»від 19.12.2023 року, спрямовані в першу чергу наоцінку небезпек і запобігання їх.
Оцінка небезпекрізних виробничих об'єктів полягає у визначенні можливихнадзвичайних ситуацій, руйнівних впливів пожеж і вибухів на ціоб'єкти, а також впливу цих факторів на людей. Відбувається оцінка цихнебезпек на стадії проектування на основі нормативних вимог,розроблених з урахуванням найгіршого варіанту надзвичайної ситуації.
Оцінка екологічностівідбувається за нормативними документами в залежності від впливу об'єкта нанавколишнє середовище. До прикладу, в випадки розгляду котла таким впливомбуде викиди шкідливих речовин в атмосферу.
2.Надходженняшкідливих речовин в атмосферу при спалюванні в низькотемпературному шарівисокозольного палива. І шляхи їх зниження
При традиційнихметодах спалювання твердого палива найбільш масовими шкідливими викидамиє летюча зола з недогорілі частками палива, оксиди сірки, вуглецюі азоту. Найбільш небезпечне поєднання в продуктах згоряння діоксиду азоту і сірки.Крім того, спалювання вугілля може супроводжувати надходження в атмосферумікроелементів, а також поліциклічних ароматичних вуглеводнів, сажі,природних радіонуклідів і т.д. [1,2], які в даній роботі нерозглядаються, так як використовується метод спалювання в низькотемпературномукиплячому шарі. У цьому випадку може бути підібрана оптимальна комбінаціятемпературного рівня процесу, коефіцієнта надлишку повітря і часуперебування частинок в шарі, що дозволяє позбавитися від значної частини звикидів. Тому далі розглядаємо тільки викиди оксидів азоту, сірки тавуглецю.
2.1 Розрахунок викидів оксидів азоту в атмосферу і методи їхзниження
Кількість оксидівазоту (в перерахунку на NO2), що викидаються в одиницю часу (т/рік, г/с),розраховуємо за формулою [3]:
М NO 2 = 0.001 * B * Q н р * K NO 2 (1-ОІ),де
В - витрата палива зарозглянутий період часу (В = 520 г/с)
Q н р - Теплота згоряння палива (16,9 МДж)
До NO2 -параметр, що характеризує кількість оксидів азоту, що утворюються на 1 ГДж тепла(0,027 кг/ГДж)
ОІ- Коефіцієнт, що враховує ступінь зниження викидів в результаті застосуваннятехнічних рішень.
М NO 2 = 0,001 * 520 * 16,9 * 0,027 = 0,24 г/с
Ефективне зниженнявикидів оксидів азоту (в порівнянні з традиційними методами спалювання)досягається при спалюванні палива в киплячому шарі при температурах шару 950 0 С.Метод дозованого упорскування води в зону горіння [1,2] є, маловитратнимиметодом, призначеним для придушення утворення оксидів азоту в топковійкамері.
При цьому зберігаєтьсявисока надійність і економічність роботи установки в випадки оптимальногокількості впорскування води (близько 7% від витрати палива). Застосуваннянизькотемпературного киплячого шару для котлів не тільки дозволяє використовуватине збагачений вугілля, але і високозольні вугілля і вуглевідходів, дозволяє зменшитигабарити топкової камери і знизити надходження в атмосферу викиди оксидівазоту в кілька разів у порівнянні з традиційними методами спалювання палив.
2.2 Розрахунок викидів оксидів сірки в атмосферу і методи їхзниження
Кількість оксидівсірки, що викидаються в атмосферу, розрахуємо за формулою [3]:
М SO2 =0.02 * B * S P * (1-О· ' SO 2 ) (1-О·'' SO2 ),де
B- Витрата палива, г/с;
S P - Вміст сірки в паливі на робочу масу,%;
О· ' SO 2 - Частка оксидів сірки, що пов'язуються летючої золою палива (при спалюванні вугілляприймаємо значення 0.1);
О·'' SO 2 - Частка оксидів сірки, які осідають у золоуловітеля (приймаємо рівною нулю);
М SO2 =0,02 * 520 * 0,6 * (1-0,1) = 5,62 г/с
Освіта SO 2 і SO 3 при спалюванні залежить від вмісту сірки в паливі.Значна частина сірки твердих палив сосредоточенна в органічній речовині,а також входить до складу горючих (сульфідних) і негорючих (сульфатних)мінеральних речовин. У процесі горіння всі ці види сірки можуть статиджерелами утворення оксидів сірки. Надходження SO 2 і SO 3 в навколишнє середовище призводить до утворення сірчаної кислоти (при реакції обохцих речовини з атмосферною вологою).
Забезпечити зниженнявикидів оксидів сірки можна використовую досить прості методи.
Метод подачі в киплячийшар дробленого вапняку [1,2], який пов'язує діоксиди сірки в тверденетоксичну речовину - сульфат кальцію, який вже легко можна відокремити відгазів:
CaCO 3 = CaO + CO 2
CaO+ SO 2 + 0.5O 2 = CaSO 4
Даний метод відомий ійого ефективність доведена численним застосуванням і практикою.
У температурному діапазонішару від 800 до 950 0 С досягається максимальне зв'язування сірки. Цепідтверджується результатами багатьох досліджень. Ступінь зв'язування сірки данимиспособом залежить від багатьох факторів: мольного співвідношення Ca/S, якості(Активності) вапняку, розмірів його частинок (так наприклад ступінь перетвореннякрупнодробленого вапняку в сульфат кальцію не перевищує 30% [1,2]),пористості, розмірів пор. Так само для забезпечення ефективності методунеобхідно забезпечити достатній час перебування його в шарі. Тип поровойструктури (утворюється при випаленні) є багато в чому визначальним при виборіпотрібного вапняку.
Другий метод розробленийв Інституті горючих копалин (ИГИ) і пов'язаний з здійснення процесу спалюванняв киплячому шарі сірчистих палив з одночасним видаленням з шару сірчаногоколчедану. Підтвердженням доцільності такого методу може служити рядробіт [2].
Третій метод,розроблений так само ИГИ, є поліпшенням першого. Заснований він на подачу вшар водоізвестняковой суміші. Такий метод дозволяє стабілізувати температурув шарі, зменшити викиди оксидів азоту, знизити можливий винесення пилу з шару,підвищити ступінь перетворення в сульфат кальцію. Твердий сульфат кальцію маєсхильність перекривати вхідну частину пір частинок вапняку і перешкоджатиповного його використання. Застосування таких методів дозволяє знизити викидиоксидів азоту, в топках з киплячим шаром, на 90% в порівнянні з шаровим методомспалювання.
2.3 Викиди оксидів вуглецю в атмосферу і методи їх зниження
Оксид вуглецю -горюча речовина.
Засобом усуненняоксидів вуглецю з викидів при спалюванні твердих палив є правильнийпідбір співвідношення між паливом і окислювачем - коефіцієнт надлишку повітрядля даної технології спалювання, ліквідація локальних надлишків вуглецю, поганогозмішання його з окислювачем, несприятливих температурних умов в киплячомушарі. Так при технології киплячого шару, з зануреними поверхнями нагрівубезпосередньо в шар, встановлено, що оксид вуглецю зникає з продуктівзгоряння при досить високих значеннях коефіцієнта надлишку повітря(О‘ = 1,3). Утворився в шарі оксид вуглецю не догорав в надслоевомпросторі внаслідок зниження там температури через відведення тепла ще в зонігоріння. Використовуван...
