CC BY
55
УДК 504.3.054
Дорогутина А.О., Кузнецов В.А., Пуртова Е.Е.
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ МИНИМИЗАЦИИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СОСТОЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ВЫБРОСОВ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК АО «СИБУР ХИМПРОМ»
Дорогутина Анна Олеговна, магистр, e-mail:[email protected] Кузнецов Владимир Алексеевич, д.т.н., профессор e-mail: [email protected] Пуртова Елена Евгеньевна, к.т.н., профессор e-mail: [email protected].
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, 125047, Россия, Москва, Миусская пл., 9
В работе доказано, что приоритетными примесями выбросов котельных установок АО «Сибур Химпром» являются оксиды азота. Анализ процессов уменьшения выбросов оксидов азота, путем подавления образования NOx показал, что эти методы являются недостаточно эффективными. Для минимизации ущерба окружающей среде предлагается использование карбамидный метод очистки отходящих газов, который позволит снизить ущерб на 99%. Эколого-экономический эффект от внедрения узла очистки отходящих газов от оксидов азота, на одной котельной АО «СИБУР ХИМПРОМ» составит 500 тыс.рублей в год.
Ключевые слова: выбросы котельных установок, опасность для окружающей среды, оценка приоритетности, оксиды азота, процессы подавления образования и очистки газов, эколого-экономическая оценка.
VALUATION OFMINIMIZATION PROCESS OF ENVIRONMENTAL IMPACT FROM "SIBUR CHIMPROM" BOILER PLANTS
Dorogutina A.O., Kuznetsov V.A. , Purtova E.E.
Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Following work illustrates that the most foreground emissions additives from "SiburChimprom" boiler plant are nitrogen oxides. Analysis of inhibition of nitrogen oxide formation processes showed that these methods are not efficient enough. In order to minimize negative environmental effect carbomidic method is suggested as the most suitable one, allowing the impact decrease up to 99 per cent. The ecological and economic effect from the introduction of the waste gas purification unit from nitrogen oxides, at one boiler plant of "SiburChimprom" will amount to 500 thousand rubles per year.
Keywords: emissions, nitrogen oxides, purification of flue gases.
АО «Сибур-Химпром» - это современный нефтехимический комплекс, входящий в компанию ПАО «СибурХолдинг». Сибур-Химпром -крупнейший на Западном Урале нефтехимический комплекс, основанный в 2000 г. на базе трех крупных производств: газопереработка, выпуск стирола и бутиловых спиртов. Основная продукция ПАО «Сибур-Химпром»: сжиженные
углеводородные газы, бутиловые спирты и 2-этилгексанол, этилен и пропилен, этилбензол, стирол.
На предприятии функционируют 3 котельных установки, на которых происходит генерация пара для технологических процессов установок нефтехимии. В настоящее время в этих котельных используется попутный газ, который
ранее сжигался на факельной установке. Наиболее опасными загрязняющими веществами в отходящих газах этих установок являются оксид углерода, оксиды азота, бенз(а)пирен. Проведенная нами оценка опасности для окружающей среды выбросов этих примесей, выполненная с учетом массы образующихся веществ [1] и их вклада в общую величину ущерба, наносимого выбросами [2], показала, что наибольший вклад в загрязнение окружающей среды вносят выбросы оксидов азота (см. табл.1). Поэтому основное внимание при минимизации воздействия котельных установок на состояние атмосферного воздуха, прежде всего, необходимо обратить на снижение количество N0 в отходящих газах.
Таблица 1. Приведенные массы загрязняющих веществ выбрасываемых при сжигании попутного газа на котельной №1АО «Сибур-Химпром»
Параметр Загрязняющие вещества
СО N0 N02 Бенз(а)пирен
0,422 0,422 0,422 10
1,00 21,21 25,98 1260000
т, т/год 6,28 45,06 7,32 9,47*10-6
М, усл.т/год 6,28 955,83 190,25 11,94
Доля вклада в общий ущерб от выбросов в атмосферу, % 0,5 82 16 1
Методы снижения выбросов К0х можно разделить на две основные группы — подавление образования К0х в процессе горения топлива и очистка дымовых газов. Сущность первой группы методов заключается в том, что процесс сжигания организуется таким образом, чтобы затормозить реакции, приводящие к образованию оксидов азота. Эти процессы связаны с внедрением следующих технологических решений: изменением
коэффициента избытка воздуха, двухступенчатым сжиганием топлива; рециркуляцией дымовых газов и дозированным впрыском влаги в зону горения.
Регулирование коэффициента избытка воздуха позволяет снизить выбросы оксидов азота в атмосферу до 30% в зависимости от особенностей котла и процесса сжигания. Причем максимум содержания КОх в дымовых газах соответствует такому значению коэффициента избытка воздуха, при котором в данных условиях достигается наиболее полное сгорание топлива. При уменьшении коэффициента избытка воздуха скорость термического окисления азота снижается из-за уменьшения концентрации кислорода, а при значительном увеличении уменьшается
максимальная температура в ядре горения, что также снижает скорость образования КОх. Снижение избытков воздуха возможно лишь до тех пор, пока это не приводит к интенсивному росту продуктов неполного сгорания. А повышение сверх оптимального значения увеличивает потери с уходящими газами, т. е. снижает КПД котла.
Метод ступенчатого ввода воздуха называют двухступенчатым сжиганием, потому что в топке организуются две зоны горения: первая - когда через горелки с топливом подается воздух в количестве, меньшем стехиометрического (обычно а = 0,8^0,95)[3], а во второй зоне вводится остальное количество воздуха, необходимое для дожигания продуктов неполного сгорания из первой зоны. Благодаря этому в начале факела уменьшается образование окислов азота из-за пониженной концентрации кислорода, а на второй стадии происходит уменьшение за счет снижения температурного уровня.
Опыт эксплуатации печных агрегатов[4] показал возможности уменьшения почти в 2 раза выбросов КОх при двухступенчатом сжигании
газообразного и жидкого топлива по сравнению с традиционным одноступенчатым сжиганием.
Основная трудность реализации
двухступенчатого сжигания состоит в правильном определении места подвода воздуха второй ступени и его количества, которые для разных конструкций котельных агрегатов не являются тождественными. Воздух должен быть введен таким образом, чтобы обеспечить полное смешение с продуктами реакции первой ступени для завершения догорания. В то же время эта зона должна быть достаточно удалена от устья горелки с тем, чтобы начальное выгорание у первой ступени достигло достаточной полноты. Недостаточно интенсивное смешение во второй ступени может привести к значительному увеличению выбросов продуктов неполного сгорания.
Рециркуляция дымовых газов. Этот метод заключается в отборе части дымовых газов из газоходов и подводе этих газов в зону горения. Выход оксидов азота прямо пропорционален проценту рециркуляции, однако газы нужно подавать в значительных объемах, что может привести к нарушению стабилизации процессов горения топлива. Тем самым — к уменьшению КПД котла и снижению надежности его работы.Наиболее оптимальная схема ввода дымовых газов рециркуляции позволяет снизить образование окислов азота на 33% при вводе дымовых газов рециркуляции в смеси с дутьевым воздухом, а также по среднему или периферийному каналам горелок.
Главным недостатком данного метода является то, что организация рециркуляции продуктов сгорания в зону горения является довольно дорогостоящим мероприятием, поскольку требует дополнительных капитальных затрат на установку дутьевого оборудования и газоотходов предприятия.
Метод локального дозированного впрыска воды в зону горения факела снижает максимальную температуру в нем и может привести к снижению эмиссии оксидов азота на 30%[5].
Однако существенным недостатком данного метода является переохлаждение зоны горения в результате впрыска воды. Происходит торможение
химической реакции и вследствие этого увеличивается выброс СО.
Таким образом, как показал анализ литературных данных, использование приемов подавление образования К0Х в процессе горения топлива позволяет снизить массу образующихся оксидов азота не более, чем на 50%. При этом оксиды азота останутся наиболее опасными загрязняющими веществами поступающими в атмосферу с отходящими газами котельных установок АО «Сибур Химпром».Поэтому, минимизация воздействия на окружающую среду требует более значительного снижения выбросов оксида азота, которое может быть достигнуто лишь при организации процесса очистки отходящих газов котельных установок от этих выбросов.
Одним из способов очистки отходящих газов от КОхявляется карбамидный метод. Суть данного метода заключается в восстановлении оксидов азота до элементного азота при их взаимодействии с водным раствором карбамида. Как было показано ранее [6], использование этого метода очистки позволяет более чем на 99% снизить содержание оксидов азота в отходящих газах котельной.
Для осуществления процесса очистки дымовых газов котельных установок АО «СИБУР ХИМПРОМ»
предлагается использовать вариант организации процесса очистки с подачей, приготовленного раствора карбамида непосредственно в трубу котельной. Концентрация раствора карбамида и теплотворная способность отходящих газов могут обеспечить необходимую степень очистки и испарить всю воду вводимую с раствором карбамида, температура отходящих газов на выходе из трубы составит 100 оС.
Проведенная нами оценка приведенных затрат на организацию процесса очистки показала, что суммарные расходы на обслуживание установки по очистке отходящих газов от оксидов азота на котельной установке АО «Сибур-Химпром» включают затраты на обслуживание установки, стоимость расходных материалов, а также затраты на оборудование составят1 058 263 (руб/год).
Из этой суммы доля оплата труда работников по обслуживанию установки составят 47%, доля стоимости расходных материалов (вода, карбамид, электроэнергия) - 45%, суммарные амортизационные отчисления на оборудование составят - 8%. В данном расчете предусмотрена организация работ по обслуживанию установки очистки специально нанятыми рабочими. В этом случае доля оплаты труда вносит основной вклад в общие затраты на очистку отходящих газов от оксидов азота. По нашим оценкам, затраты на оплату труда в данном случае могут быть значительно снижены при повышении производительности работы и увеличении заработной платы уже имеющихся работников котельной и могут составить примерно 700 тыс.
рублей. В этом случае себестоимость очистки 1000 м3 отходящих газов составит всего 3 рубля.
Для оценки эколого-экономической эффективности внедрения узла очистки отходящих газов на котельной установке №1 АО «СИБУР ХИМПРОМ» нами была проведена оценка величины фактического ущерба (Уфакт.), наносимого в настоящее время окружающей среде выбросами оксидов азота в атмосферу, возможного экономического ущерба (Увозм), который будет наносится, после внедрения очистки, и предотвращенного ущерба (Упред), который, в данном случае, представляет собой разницу между фактическим и возможным ущербами. Оценки, соответствующих, ущербов проводили в соответствии с методикой укрупненной оценки ущербов, наносимой окружающей среде при выбросе примесей в атмосферу [2], предварительно определив, в соответствии с данными о розе ветров в районе котельной №1, границу зоны активного загрязнения.
По нашим оценкам величина предотвращенного ущерба от снижения выбросов оксидов азота в атмосферу на 99% может составить:
Упред. Уфакт. - У возм. 1
(руб/год)
В рассматриваемом нами случае, эколого-экономическая эффективность от внедрения узла очистки отходящих газов на котельной установке №1 АО «СИБУР ХИМПРОМ» составит примерно 500 тыс.рублей в год, а при реализации процессов очистки на всех котельных может превысить 1,5 млн. рублей в год.
Список литературы:
1. Государственный доклад «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Пермском крае в 2015 году». Пермь, 2015.
2. Тарасова Н.П., Б.В. Ермоленко, В.А. Зайцев, С.В. Макаров Оценка воздействия промышленных предприятий на окружающую среду: учебное пособие - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. -230 с.
3. Жуйков А.В. Снижение выбросов оксидов азота в топках котлов // Техника и технологии -2011. - №4. - С. 620-628.
4. Катин В.Д., Березуцкий А.Ю. малоотходная технология двухступенчатого сжигания топлива в нефтезаводских печах// Вестник ВСГУТУ - 2014. -№6. - С. 45-48.
5. Мингазов Б.Г., Мухаметгалиев Т.Х. Исследование эмиссии токсичных веществ при впрыске воды в камеру сгорания // Авиационная и ракетно-космическая техника - 2011. - №15. - С. 203-207
6. Зайцев В.А. Промышленная экология: учебное пособие. - М.: БИНОМ. - 2012. - 382с.
