6.5.1 Методы подавления и улавливания вредных компонентов дымовых газов на электростанциях
Тепловые электростанции, выбрасывающие электрическую и тепловую энергию на базе сжигания органических видов топлива, оказывают значительное отрицательное воздействие на окружающую среду. С дымовыми газами электростанций в воздушный бассейн выбрасывается большое число твердых и газообразных загрязнителей, среди которых такие вредные вещества, как зола, оксиды серы и азота. Помимо этого в воздушный бассейн попадает огромное количество диоксида углерода и водяных паров.
Для охраны воздушного бассейна наиболее важным являются мероприятия, сокращающие выбросы с дымовыми газами электростанций твердых частиц (золы), оксидов серы и азота.
Методы борьбы с выбросами твердых частиц
Количество твердых частиц золы и недожога топлива, образующихся в топках котлов и уносимых из топки дымовыми газами, пропорционально количеству сжигаемого топлива, его зольности и степени шлакоулавливания. Последняя составляет 5 — 10% при твердом и 15 — 30% при жидком шлакоудалении. Для котлов с механизированными слоевыми топками этот показатель значительно выше 80%.
Количество летучей золы, выбрасываемой в атмосферу энергетическими установками, определяется эффективностью очистки газов в золоуловителях, устанавливаемых за котлами.
По принципам действия золоуловители разнообразны: электрофильтры, мокрые инерционные, сухие инерционные.
Наиболее дешевые мокрые золоуловители. Ими оснащена половина электростанций страны. Такие аппараты относительно компактны, работают устойчиво, обеспечивая степень очистки газов 95 — 97%.Наиболее надежны и удобны в эксплуатации сухие инерционные золоуловители. Однако область их применения ограничивается сравнительно низкой эффективностью. Поэтому новую модификацию таких аппаратов (БЦУ — М) используют в основном на ТЭЦ малой и средней мощности, 30% электростанций бывшего СССР имели электрофильтры.
В настоящее время должная эффективность работы электрофильтров обеспечивается не всегда.
Совершенствование конструкции электрофильтров происходит в направлении изменения интервалов встряхивания электродов на отдельных ступенях электрофильтров, установки двойных клапанов между электрофильтром и системой золоудаления, препятствующих присосу воздуха через неплотности, кондиционирования газов. Их эффективность может быть доведена до 99 — 99,5%.
Несмотря на то что методы обеспыливания дымовых газов в настоящее время наиболее разработаны и практически единственные применяемые в нашей стране для очистки дымовых газов от вредных составляющих, действующие и вновь устанавливаемые аппараты во многих случаях не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям.
При сжигании мазута дополнительные загрязнители поступают в атмосферу в виде сажи, которые наносят существенный ущерб окружающей среде, поскольку являются носителями кислот и канцерогенов. Поэтому, несмотря на сравнительно небольшое количество выбрасываемой золы, на электростанциях, работающих на мазуте, необходимо применение золоулавливающих установках специальных типов. Для отечественных мазутных котлов имеются специальные золоулавливающие установки (батарейные циклоны, электрофильтры и др.) для очистки дымовых газов при высоких температурах (350 — 400°С).
Защита от оксидов серы
Тепловые электростанции вносят существенный вклад в загрязнение воздушного бассейна выбросами диоксида серы. Вредное влияние диоксидов серы усиливается при наличии в воздухе оксидов азота, поэтому санитарными нормами введено требование суммации концентраций оксидов серы и азота.
Основное количество серы в дымовых газах находится в виде диоксида серы S02 (до 99%) и только 1 % приходится на триоксид серы S03. Однако концентрация S03 в дымовых газах решающим образом влияет на температуру точки росы, которая, в свою очередь, определяет коррозию элементов газовоздушного тракта.
Существует большое количество методов очистки дымовых газов от S02, основных на селективном поглощении серы различными соединениями. Наиболее экономичные мокрые способы очистки имеют один существенный недостаток — ухудшают способность дымовых газов рассеиваться, в результате чего зачастую концентрация S02 в приземном слое электростанции, несмотря на очистку, оказывается выше допустимых норм.
В России наиболее полно разработаны три метода, основанных на селективном поглощении серы: аммиачно-циклический, магнезитовый и известняковый.
В настоящее время в стадии освоения находятся опытно-промышленные сероулавливающие установки, использующие магнезитово-циклический, аммиачно-озоновый, аммиачно-циклический и мокроизвестковый методы сероулавливания. Эффективность их колеблется от 60 до 90 %. Эксплуатация сероулавливающих установок связана с потреблением значительного количества реагентов (известняка, извести, аммиака и др.) и образованием соответствующего количества отходов сероулавливания, которое могут иметь и товарную ценность.
Защита от оксидов азота
Образование оксидов азота при высокотемпературном сжигании топлива обусловлено в основном окислением молекулярного азота воздуха непосредственно в зоне горения. При низкотемпературном сжигании топлива увеличивается доля оксидов азота, образовавшихся в результате окисления связанного азота, входящего в состав топлива. Этот процесс происходит легче и быстрее, чем окисление молекулярного азота воздуха при относительно низких температурах, например, для угля при 250 — 280°С.
Максимальный выход оксидов азота наблюдается в зоне активного горения. В остальных зонах, где уровень температуры относительно ниже, атмосферный азот практически не окисляется. Это означает, что снижение температуры горения топлива способствует уменьшению содержания оксидов азота в выбросах.
Снижение выбросов оксидов азота с дымовыми газами электростанций обеспечивается режимными и конструктивными мероприятиями, направленными на уменьшение образования газов в топках котлов. На выбор оптимального метода снижения содержания оксидов азота в топочной камере существенно влияет мощность котла и вид топлива (газообразное, жидкое, твердое).
На газомазутных энергетических котлах режимными и конструктивными мероприятиями удается сократить выброс оксидов азота на 30 — 40 %. При сжигании твердых топлив применение даже комплекса конструктивных и режимных мероприятий позволяет снизить выброс оксидов азота не более чем на 25 %.
Перспективным способом снижения выбросов оксидов азота является очистка дымовых газов, которая все шире практикуется за рубежом. Азотоочистительные установки следует использовать лишь после исчерпания возможностей подавления реакций образования оксидов азота сравнительно дешевыми технологическими методами, так как очистка дымовых газов от азота сравнительно дорогое мероприятие — примерно 50 руб./кВт (в ценах 1984г.).
Наиболее распространенный аммиачно-каталитический метод разложения оксидов азота имеет КПД до 85 %.
Большего эффекта можно достичь при сжигании твердых топлив в топках с «кипящим слоем», а также при газификации топлив и использовании парогазовых установок. При сжигании газифицированных топлив количество оксидов азота может быть снижено на 80 — 90 %.