Влияние на окружающую среду предприятий теплоэнергетики. Технологические пути снижения вредного воздействия

     Существенным  недостатком этих методов является поглощение адсорбентом пыли, которая  быстро забивает поры адсорбента и  не удаляется при десорбции. При  промывке адсорбента водой образуются стоки разбавленной азотной кислоты, загрязненные различными примесями, в том числе и тяжелыми металлами. Адсорбционные методы можно применять для очистки небольших объемов газов с небольшим содержанием оксидов азота.

     Адсорбционные методы - одни из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений. Область применения современных адсорбентов в процессах очистки газов очень широка.

     Основными промышленными адсорбентами являются активированные угли, сложные оксиды и импрегнированные сорбенты.

     Активированный  уголь (АУ) нейтрален как к полярным, так и к неполярным молекулам  адсорбируемых соединений. Активированные угли обладают меньшей селективностью, чем другие адсорбенты и являются одними из немногих, пригодных для  работы во влажных газовых потоках

     Общий недостаток, характерный для всех технологий, основанных на методах сухой очистки дымовых газов, заключается в том, что на всех стадиях технологической цепочки приходится иметь дело с большими объемами очищаемого газа (1 млн. м³/ч газа и более). Следствием этого являются крупногабаритные аппараты, требующие больших капитальных вложений. При использовании жидкофазных методов очистки аппараты больших объемов необходимы только на стадии промывки газа, на последующих стадиях, связанных с утилизацией извлекаемых из дымовых газов продуктов, - относительно небольших объемов.

     Анализ  публикаций за последние два десятилетия, посвященных очистке дымовых  газов от оксидов азота, показывает тенденцию существенного увеличения числа работ, связанных с исследованиями возможности извлечения NО_X из газов с помощью жидкофазных методов.

     Некоторые европейские страны, а также США  представили стандарты, которые  ограничивают выбросы оксидов азота  для новых и давно действующих  установок сжигания топлива. Данные представлены в таблице 2. [5] 

     Таблица 2. Некоторые международные нормативы выбросов NO₂  для сжигающих уголь установок 

     Нормативы выбросов оксидов азота в разных странах неодинаковы и могут даже отличаться в различных промышленных регионах страны. В стандартах одних стран зафиксирована минимальная степень извлечения NО_X из отходящих газов без учета размера предприятия. В других установлено максимально возможное количество NО_X, выбрасываемых в атмосферу. В-третьих - предельная концентрация, которой должны жестко придерживаться. 

3. Очистка дымовых выбросов от зольных элементов

     Зола  представляет из себя твердые частицы  негорючих элементов угля. В основном - это оксиды кремния (SiO₂), железа (Fe₂O₃), алюминия (Аl₂O₃), магния (MgO), кальция (СаО), серы (SO₃) и некоторые другие, в том числе незначительное количество мышьяка и тяжелых металлов (свинец, ванадий, хром, цинк). Для разных углей элементарный состав золы может значительно отличаться друг от друга. Например, в КАУ (в отличие от каменных углей Кузнецкого бассейна) окись кальция является одним из основных компонентов, но даже и для КАУ содержание СаО колеблется от 26 до 42,5% в зависимости от месторождения и разреза. [5]

     Однако, основной параметр, характеризующий  золовые частицы - это их размеры  или дисперсность. Они колеблются в широких пределах - от десятых  и сотых долей микрона до 100 мкм и более, и зависят от способа  сжигания.

     Следует отметить, что наибольшую опасность для человека представляют частицы размером 0,5...5 мкм, более крупные задерживаются в полости носа, более мелкие - выдыхаются. Содержание именно этого диапазона частиц в приземном слое атмосферы способствует возникновению у человека болезненных симптомов, вплоть до повышения смертности.

     Аппараты  золоочистки, точнее - уловители аэрозолей, и диапазон размеров улавливаемых ими  частиц показан на рисунке 2. [5]

     Рисунок 2. Аппараты для улавливания взвешенных частиц.

     Кроме представленных на рисунке, существует ряд перспективных пылеулавливающих устройств. К ним относятся: конденсационный пылеуловитель, в  котором  применены два механизма осаждения (во-первых, укрупнение частиц при конденсации на них паров из парогазовой смеси путем смешения  очищаемых  газов с паром, во вторых - частицы (при охлаждении парогазовой смеси) захватываются потоком  пара, диффундирующим к центрам конденсации (каплям охлаждающей жидкости) или охлаждающим поверхностям. Таким способом можно осадить даже субмикронные частицы.

     В другой установке водо-инерционного типа на орошение подается вода под давлением 240 бар с температурой около 205^О С. Распыливаясь через сопло, она образует двухфазную среду: пар - жидкие капли, при этом капли разгоняются до 300 м/с, и, благодаря инерции, на них осаждаются частицы, в том числе и размером менее 1 мкм. Перспективной сухой золоочисткой являются роторные зернистые фильтры. Они предназначены для очистки газов с температурами до 300^О С от неслипаемой и слабослипаемой пыли. В качестве зернистого материала используются  керамические  и стеклянные шарики, крупнозернистый песок,  отсевы щебенки и т.п. КПД такого фильтра может составлять 95...99,8% в зависимости от концентрации пыли в очищаемом газе, при этом концентрация пыли в очищенном газе не будет превышать 0,05...0,1 г/м³. [5]

     Типы  и характеристики золоуловителей. В зависимости от мощности ТЭС, зольности топлива, физико-химических свойств золы, санитарно-гигиеническнх условий в районе расположения электростанций выбирается тип золоуловителей. На выбор типа золоуловителей может повлиять и использование золы.

     К основным требованиям, предъявляемым  к системам золоулавливания, относятся  высокая эффективность и эксплуатационная надежность.

     Следует иметь в виду, что чем выше требуемая  степень очистки газов и чем мельче подлежащие улавливанию частицы, тем большими оказываются удельные капитальные затраты на сооружение установок для улавливания золы и расходы на их эксплуатацию.

     На  ТЭС применяются три типа золоуловителей:

• аппараты сухой инерционной очистки газов (жалюзийные золоуловители, циклоны, прямоточные циклоны, батарейные циклоны);
• аппараты мокрой очистки газов;
• электрофильтры.

     В качестве инерционных (механических) золоуловителей наибольшее распространение получили циклоны, в которых осаждение твердых частиц происходит за счет центробежных сил при вращательном движении потока. Поступающий тангенциально через входной патрубок газ движется в канале, образованном наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями циклона, где под действием центробежных сил происходит отделение пыли. Затем очищенный газ удаляется через внутренний цилиндр вверх, а осевшая на наружной стенке зола ссыпается под действием силы тяжести вниз в коническую воронку.

     Не  так широко, как циклоны или  батарейные циклоны применяются на ТЭС другие типы инерционных золоуловителей. Однако, в промышленной теплоэнергетике, металлургии, нефтегазовой промышленности, деревообрабатывающем производстве и некоторых других семейство циклонных пылеуловители представлено достаточно разнообразно. К ним относят:

• жалюзийные пылеуловители;
• вихревые пылеуловители;
• отражательные инерционные пылеуловители;
• ротационные пылеуловители.

     Жалюзийные  пылеуловители - это аппараты для  очистки газов от пыли инерционного действия. Вихревые пылеуловители (ВПУ) - это аппараты центробежного действия для очистки газов от пыли. Отличительная особенность ВПУ - высокая степень очистки газов от тончайших фракций (<3...5 мкм) пыли. Существует две основные разновидности ВПУ: сопловой (рис.3, а) и лопаточный (рис.6, б). [5]

Рис.3. Вихревые пылеуловители: сопловой (а) и лопаточный (б)

     Обеспыливания в ВПУ происходит следующим образом: запыленный газ поступает в камеру 5 через изогнутый патрубок 4. Для предварительного закручивания запыленного газа в камеру 5 встроен лопаточный завихритель типа розетки 2. Двигаясь вверх к выходному патрубку 6, газовый поток подвергается воздействию вытекающих из завихрителя 1 (наклонные сопла в ВПУ соплового типа, наклонные лопатки в ВПУ лопаточного типа) струй вторичного воздуха, которые придают потоку вращательное движение. Под действием центробежных сил, возникающих при закручивании потока, частицы пыли устремляются к периферии, откуда спиральными струями вторичного потока перемещаются вниз аппарата, в кольцевое межтрубное пространство. Безвозвратный спуск пыли в бункер обеспечивается подпорной шайбой 3. Вторичный воздух в ходе спирального обтекания потока очищаемого газа постепенно проникает в него.

     Отражательные инерционные пылеуловители - это  аппараты для выделения пыли из газового потока, в которых происходит изменение направления газового потока. Сталкиваясь с каким-нибудь телом, обтекая его, частицы пыли или капли, обладающие большей инерцией, ударяются о поверхность тела и оседают на ней.

     Ротационные пылеуловители - это аппараты для очистки газов от пыли, центробежного действия, которые одновременно с перемещением газов очищают его от фракций пыли крупнее 5 мкм.

     Фильтры, в которых используются пористые среды для очистки газов от твердых частиц (волокнистые, тканевые или рукавные, зернистые), не нашли широкого распространения из-за очень больших габаритов и повышенной сложности в эксплуатации. Основная сложность заключается в накоплении золы в фильтрующем материале, что требует его периодической регенерации. Основное достоинство таких фильтров заключается в очень высокой степени очистки газов от пыли или золы, превышающей 99,9%.

     Каждый  тип золоуловителя рассчитан  на определенные условия работы. К  ним относятся допустимая температура  уходящих газов, возможность размещения на открытом воздухе и восприятия нагрузок от подводящих газоходов и площадок обслуживания, наличие необходимого количества воды для мокрых золоуловителей, система транспорта и использования золы.

     Золоуловители всегда устанавливают перед дымососами по ходу дымовых газов для предохранения последних от абразивного износа. При двухступенчатой системе золоулавливания возможна установка дымососов между золоуловителями (в рассечку).

     Решение об установке золоуловителей внутри или вне зданий принимается в  зависимости от климатических условий и типа аппаратов. Наиболее сложные по конструкционному оформлению газоочистные аппараты - электрофильтры - устанавливаются вне зданий. Для защиты изоляторных коробок от осадков и облегчения условий их обслуживания верх электрофильтра закрывается шатром или специальной кровлей. Подбункерное пространство электрофильтров также укрывается легкими материалами. Степень улавливания золы в золоуловителях колеблется в зависимости от свойств золы и условий эксплуатации в широких пределах.

     В последнее время особое внимание уделяется возможностям золоуловителей подавлять окислы серы и азота путем ввода в орошающую воду разных добавок. В разных случаях (в  зависимости от вида топлива, его качества, режима  работы  котла, типа присадок и способа их ввода и т.п.) можно снизить эти выбросы на 10...20%. Правда, при этом стенки золоуловителей, как правило, подвергаются либо коррозии, либо отложениям и для защиты от этого требуют гуммирования (покрытие эластичным материалом). В этом случае, например, обычный циклон или циклон Вентури превращается в сложную и дорогую установку, при этом продукты, полученные в результате подавления, вместе с золой попадают в отвал, увеличивается щелочность или кислотность воды (для гидрозолоудаления) и, в целом, увеличивается вредное воздействие отвала на среду [6]. 

5. Золошлаковые  отходы

     Серьезные экологические проблемы связаны  с твердыми отходами ТЭС - золой и  шлаками. Хотя зола в основной массе  улавливается различными фильтрами, все  же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает около 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей. Последние способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков; а попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания. Огромные количества золы и шлака скапливается в отвалах, занимающих ценные земельные угодья. При сжигании каменного угля остаётся очень большое количество зольных отходов, которые вывозятся за город на золоотвалы. Золоотвалы, в большинстве своём, очень плохо оборудованы и зола разносится на значительные расстояния. Кроме того, что зола загрязняет атмосферу, оседая на землю она скапливается, покрывая поверхность почвы плотным слоем. Это способствует образованию техногенных пустынь. Содержание золошлаковых отвалов требует значительных затрат. В то же время золы и шлаки тепловых электрических станций можно эффективно использовать в производстве различных строительных материалов, что подтверждается многочисленными научными исследованиями и практическим опытом.