Научная статья на тему 'Снижение вредных выбросов тепловых электростанций'

Снижение вредных выбросов тепловых электростанций Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
2380
313
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДЫМОВЫЕ ГАЗЫ / УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ / ОКСИДЫ АЗОТА / ОКСИДЫ СЕРЫ / ХЕМОСОРБЦИЯ / МОНОЭТАНОАМИН / НАСАДОЧНЫЙ АБСОРБЕР / FLUE GASES / CARBON DIOXIDE / NITROGEN OXIDES / SULFUR OXIDES / CHEMISORPTIONS / MONOETHANOLAMINE / PACKED ABSORBER

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Зверева Эльвира Рафиковна, Фарахов Тимур Мансурович, Исхаков Альберт Рифкатович

В статье представлены результаты расчета насадочного абсорбера, обеспечивающего высокую степень очистки дымовых газов тепловых электростанций от диоксида углерода, оксидов азота и оксидов серы по данным, предоставленным Казанской ТЭЦ-1.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Зверева Эльвира Рафиковна, Фарахов Тимур Мансурович, Исхаков Альберт Рифкатович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

REDUCTION OF HARMFUL EMISSIONS OF THERMAL POWER PLANTS

The article presents the results of the packed absorber calculation, which provides a high degree of flue gases cleaning of thermal power plants from carbon dioxide, nitrogen oxides and sulfur oxides.

Текст научной работы на тему «Снижение вредных выбросов тепловых электростанций»

ЭКОЛОГИЯ

УДК 66.074

Зверева Э.Р., Фарахов Т.М., Исхаков А.Р.

СНИЖЕНИЕ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

В статье представлены результаты расчета насадочного абсорбера, обеспечивающего высокую степень очистки дымовых газов тепловых электростанций от диоксида углерода, оксидов азота и оксидов серы по данным, предоставленным Казанской ТЭЦ-1.

Ключевые слова: дымовые газы, углекислый газ, оксиды азота, оксиды серы, хемосорбция, моно-этаноамин, насадочный абсорбер.

К числу важнейших проблем, связанных со сжиганием органического топлива на тепловых электростанциях, относятся выбросы в окружающую среду, вследствие невозможности организации безотходного производства. Энергетика сегодня поставляет в атмосферу 23,3% суммарных выбросов от стационарных источников в Российской Федерации [1]. Основными загрязняющими веществами энергетики являются оксиды серы SO2, SO3, оксиды азота NOx, оксиды углерода CO, CO2, углеводороды ОДп, сероводород H2S, бенз(а)пирен ^0^, оксиды ванадия V2O5, а также твердые частицы и др. [2].

Для теплоэнергетики характерными выбросами являются соединения серы. При сжигании мазутов и твердых топлив образуются оксиды серы SO2, SO3, зола. Так как при сжигании сернистых топлив образуется 97-98% SO2 и лишь2-3% SO3, то все выбросы оксидов серы определяют в основном в виде сернистого ангидрида. Особенностью энергетического производства является непосредственное воздействие на природную среду в процессе извлечения топлива и его сжигания. В результате полного сгорания топлива в воздушной среде в дымовых газах образуются углекислый газ СО2, водяные пары Н2О, азот N2 оксиды серы SO2 и SO3, оксиды азота NO, NO2 и N2O и зола, которые выбрасываются в атмосферу.

Наличие вредных газообразных продуктов сгорания органических топлив в атмосфере приводит к разрушению озонового слоя, образованию фотохимических туманов (смога), эрозии почвы, уничтожению флоры, вызывает различные заболевания у человека. Охрана воздушного бассейна является актуальной проблемой защиты окружающей среды, так как загрязненный воздух обладает наибольшей пространственной мобильностью по сравнению с другими составляющими среды.

Для очистки газов от примесей в настоящее время применяется большое количество технологий, основанных на различных химических и физических принципах. Применяются сухие (фильтрация, адсорбция, термическое и каталитическое окисление, электронно-лучевое воздействие), комбинированные (адсорбционно-каталитические, абсорбционнокаталитические) и мокрые (хемосорбция, абсорбция, промывка) способы очистки [3]. Одним из наиболее эффективных способов очистки дымовых газов является процесс абсорбции. При относительно небольших расходах дымовых газов целесообразно использовать аппараты насадочного и тарельчатого типов [4; 5], которые эффективнее полых вихревых аппаратов. Был произведен расчет насадочного абсорбера из двух секций и глухой тарелкой между ними для комплексной очистки дымовых газов Казанской ТЭЦ-1 от диоксида серы, оксидов азота и диоксида углерода. В первой секции насадки происходит очистка от диоксида серы и оксидов азота, а во второй - от диоксида углерода. В качестве контактных устройств использовались нерегулярные насадки «Инжехим-2000» [3] с

2 3

удельной поверхностью 100 м /м .

В работе [6] представлена сравнительная характеристика массообменных аппаратов для очистки дымовых газов от диоксида углерода с двумя типами насадок - «Инжехим-2000» и кольца Рашига. Установлено, что лучшие массообменные характеристики наблюдаются при использовании насадок «Инжехим-2000»(исходные данные см. в табл. 1).

Таблица 1. Исходные данные для расчета абсорбера

Величина Значение

Массовый расход газа 0,223 кг/с

Температура О о 1П 1П

Давление 1 атм

Начальная концентрация диоксида серы 0,003247 мольн. д

Начальная концентрация оксидов азота 0,356 мольн. д.

Начальная концентрация углекислого газа 0,109 мольн. д.

Абсорбент для поглощения диоксида серы и оксидов азота Техническая вода

Абсорбент для поглощения углекислого газа 15% МЭА

Степень извлечения 0,95

Для абсорбции оксидов азота и диоксида серы был выбран озонноаммиачный метод, заключающийся во вводе в дымовые газы озона, который окисляет низшие малореакционные оксиды серы и азота ^02 и N0) до

высших оксидов (Б03, N02, N205), хорошо поглощаемых водой [7]. В качестве абсорбента поглощения оксидов азота и диоксида серы в расчете использовалась техническая вода. Таким образом, при очистке дымовых газов от оксидов азота и диоксида серы происходит физическая абсорбция. Для улавливания углекислого газа в расчете [6] использовался 15% водный раствор моноэтаноламина (МЭА), в результате чего происходит процесс хемосорбции, сопровождающийся следующими химическими реакциями [5]:

С02 + 2ДМЯ3 +Н20 -> (2ЯМЯ3)2С03,

С02 + (ДМЯ3)2С03 + Н20 -> 2ДМЯ3ЯС03,

где Я - группа 0НСН2СН2.

В результате данного механизма коэффициент массоотдачи в жидкой фазе увеличивается на величину коэффициента ускорения [5; 8]:

Г = , (1)

»Ит’

где м = » = й- К=и^г-В^АГ.

Здесь Вж - концентрация активной части хемосорбента в основной массе жидкости, кмоль/м , п - стехиометрический коэффициент, Ар - концентрация свободного С02 в растворе на границе раздела фаз, кмоль/м , БВ -коэффициента молекулярной диффузии хемосорбента, м /с, - коэффициент молекулярной диффузии С02 в абсорбенте, м /с, рж - коэффициент

массоотдачи в жидкой фазе, а - порядок реакции по А, гп - константа ско-

рости прямой реакции, (кмоль/м3)1-а-в/с, в - порядок реакции по В.

Коэффициенты массоотдачи для жидкой и газовой фаз рассчитываются по формулам (2 и 3) [9]:

Рж = 0,93 (2)

(£г_жм°'25

(Зг = 0,028 ^ г , (3)

5С 3^0,4

3 2

где q - плотность орошения м /(м •с), ау - удельная поверхность насадки,

2 3

м /м , у - коэффициент смачиваемости, 8св - свободный объем насадки м3/м3, 8г-ж - диссипация энергии газового потока, Вт/м3.

Результаты расчета по модели идеального вытеснения и диффузионной модели представлены в табл. 2 и табл. 3.

Таблица 2. Характеристика абсорбера (модель идеального вытеснения)

Тип насадки Инжехим-2000 35мм

Рабочая скорость газа, м/с 1,47

Рабочий расход технической воды, кг/с 1,27

Рабочий расход МЭА, кг/с 0,78

Расход газовой смеси, кг/с 0,223

Диаметр колонны, м 0,4

Высота секции насадки для улавливания Б02 и N0*, м 1,3

Высота секции насадки для улавливания С02, м 1,4

Таблица 3. Характеристика абсорбера (с учетом перемешивания потоков)

Тип насадки «Инжехим-2000»35мм

Диаметр колонны, м 0,4

Высота секции насадки для улавливания диоксида серы и оксидов азота, м 2,0

Высота секции насадки для улавливания СО , м 2,1

На рис. 2 показана схема рассчитанной массообменной колонны для комплексной очистки дымовых газов от оксидов азота, оксидов серы и диоксида углерода.

Техническая вода + 502 + N04

Рис. 2. Абсорбер для комплексной очистки дымовых газов: 1 - абсорбер; 2, 4, 7 - входные патрубки; 8, 9, 10 - выходные патрубки; 3 - секция насадки для улавливания Б02 и N0* с высотой Их; 6 -секция насадки для улавливания С02 с высотой И2; 5 - «глухая» тарелка.

Предлагаемый массообменный аппарат (рис.2) состоит из двух секций насадки и глухой тарелкой между ними. Дымовые газы поступают через патрубок 2 в абсорбер 1. Далее они проходят через секцию насадки 3, где происходит их очистка от оксидов азота и оксидов серы с использованием в качестве поглотителя технической воды, поступающей в патрубок 4 и стекающей вниз по насадочному слою 3. Далее дымовые газы, минуя «глухую» тарелку 5, проходят через секцию насадки 6, где происходит их очистка от диоксида углерода, поглощаемого раствором моноэтаноламина, поступающего в абсорбер через патрубок 7. Очищенные дымовые газы покидают массообменную колонну через патрубок 8. Отработанные абсорбенты МЭА и техническая вода выходят из колонны через патрубки 9 и 10 соответственно.

Аппарат работает в пленочном режиме при малых скоростях газа. Таким образом, отсутствует влияние газового потока на скорость стека-

ния по насадке жидкой пленки и, следовательно, на количество задерживаемой в насадке жидкости.

Выводы. Рассчитана массообменная колонна с нерегулярными насадками «Инжехим-2000» для комплексной очистки дымовых газов по данным, представленным Казанской ТЭЦ-1 от диоксида серы, оксидов азота и углекислого газа. Рассчитанный аппарат обеспечивает высокую эффективность очистки и при этом имеет относительно небольшие геометрические размеры.

Источники

1. Николаев А.Н., Дмитриев А.В., Латыпов Д.Н. Очистка газовых выбросов ТЭС, работающих на твердом и жидком топливе. Казань: ЗАО «Новое знание», 2004. 135 с.

2. Крейнин Е.В., Михалина Е.С. Выбросы в атмосферу в электроэнергетике // Экология и промышленность России, 2002, декабрь. С. 9-13.

3. Лаптев А.Г., Фарахов М.И. Гидромеханические процессы в нефтехимии и энергетике. Казань: Изд-во Казанск. гос. ун-та, 2008. 729 с.

4. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты газоочистки: уч. пос. Пенза: Изд-во ПГУ, 2006. 201 с.

5. Зиятдинова Л.Р. Поглощение диоксида углерода из дымовых газов в полых вихревых аппаратах: дисс... канд. техн. наук. Казань: КГТУ, 2009.

6. Зверева Э.Р., Фарахов Т.М., Исхаков А.Р. Очистка газовых выбросов тепловых электростанций от диоксида углерода насадочными абсорберами // Энергетика Татарстана. 2010, № 4. С. 46-49.

7. Росляков П.В. Методы защиты окружающей среды: учебник для вузов. М.: Издательский дом МЭИ, 2007. 336 с.

8. Аксельрод Ю.В. Газожидкостные хемосорбционные процессы. Кинетика и моделирование. М.: Химия, 1989. 240 с.

9. Лаптев А.Г., Фарахов М.И., Минеев Н.Г. Основы расчета и модернизация теплообменных установок в нефтехимии. Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2010. 574 с.

Зарегистрирована 01.02.2011 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.