Экологичность и безопасность при эксплуатации котла с топочным устройством кипящего слоя работающим на высокозольном топливе

1. Введение

При рассмотрении проекта котла или другой ВТУ необходимо рассматривать его экономичность, безопасность и безаварийность производственных процессов. Предусмотренные политикой государства в области охраны труда и экологии законы, «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.1997 года, законом «О рациональной безопасности населени

я» от 09.01.1996 года, законом «Об охране окружающей природной среды» от 19.12.1991 года, направлены в первую очередь на оценку опасностей и предотвращение их.

Оценка опасностей различных производственных объектов заключается в определении возможных чрезвычайных ситуаций, разрушительных воздействий пожаров и взрывов на эти объекты, а также воздействия этих факторов на людей. Происходит оценка этих опасностей на стадии проектирования на основе нормативных требований, разработанных с учётом наихудшего варианта чрезвычайной ситуации.

Оценка экологичности происходит по нормативным документам в зависимости от воздействия объекта на окружающую среду. К примеру, в случаи рассмотрения котла таким воздействием будет выбросы вредных веществ в атмосферу.

При традиционных методах сжигания твёрдого топлива наиболее массовыми вредными выбросами являются летучая зола с недогоревшими частицами топлива, оксиды серы, углерода и азота. Наиболее опасно сочетание в продуктах сгорания диоксида азота и серы. Кроме того, сжиганию углей может сопутствовать поступление в атмосферу микроэлементов, а также полициклических ароматических углеводородов, сажи, естественных радионуклидов и т.д.[1,2], которые в данной работе не рассматриваются, так как используется метод сжигания в низкотемпературном кипящем слое. В этом случае может быть подобранна оптимальная комбинация температурного уровня процесса, коэффициента избытка воздуха и времени пребывания частиц в слое, позволяющая избавиться от значительной части из выбросов. Потому далее рассматриваем только выбросы оксидов азота, серы и углерода.

2.1 Расчёт выбросов оксидов азота в атмосферу и методы их снижения

Количество оксидов азота (в пересчёте на NO2), выбрасываемых в единицу времени (т/год, г/с), рассчитываем по формуле[3]:

МNO2 = 0.001*B*Qнр*KNO2(1-β), где

В – расход топлива за рассматриваемый период времени (В = 520 г/с)

Qнр – теплота сгорания топлива (16,9 МДж)

КNO2 – параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1 ГДж тепла (0,027 кг/ГДж)

β – коэффициент, учитывающий степень снижения выбросов в результате применения технических решений.

МNO2 = 0,001*520*16,9*0,027 = 0,24 г/с

Эффективное снижение выбросов оксидов азота (в сравнении с традиционными методами сжигания) достигается при сжигании топлива в кипящем слое при температурах слоя 950 0С. Метод дозированного впрыска воды в зону горения [1,2] является, малозатратным методом, предназначенным для подавления образования оксидов азота в топочной камере.

При этом сохраняется высокая надёжность и экономичность работы установки в случаи оптимального количества впрыска воды (около 7% от расхода топлива). Применение низкотемпературного кипящего слоя для котлов не только позволяет использовать не обогащенный уголь, но и высокозольные угли и углеотходы, позволяет уменьшить габариты топочной камеры и снизить поступление в атмосферу выбросы оксидов азота в несколько раз по сравнению с традиционными методами сжигания топлив.

2.2 Расчёт выбросов оксидов серы в атмосферу и методы их снижения

Количество оксидов серы, выбрасываемых в атмосферу, рассчитаем по формуле[3]:

МSO2 = 0.02*B*SP*(1-η'SO2)(1-η''SO2), где

B – расход топлива, г/с;

SP – содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

η'SO2 – доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива ( при сжигании углей принимаем значение 0.1);

η''SO2 – доля оксидов серы, оседающих в золоуловителе (принимаем равной нулю);

МSO2 = 0,02*520*0,6*(1-0,1) = 5,62 г/с

Образование SO2 и SO3 при сжигании зависит от содержания серы в топливе. Значительная часть серы твёрдых топлив сосредоточенна в органическом веществе, а также входит в состав горючих (сульфидных) и негорючих (сульфатных) минеральных веществ. В процессе горения все эти виды серы могут стать источниками образования оксидов серы. Поступление SO2 и SO3 в окружающую среду приводит к образованию серной кислоты (при реакции обоих этих вещества с атмосферной влагой).

Обеспечить снижение выбросов оксидов серы можно использую достаточно простые методы.

Метод подачи в кипящий слой дроблёного известняка [1,2], который связывает диоксиды серы в твёрдое нетоксичное вещество – сульфат кальция, который уже легко можно отделить от газов:

CaCO3 = CaO + CO2

CaO + SO2 + 0.5O2 = CaSO4

Данный метод известен и его эффективность доказана многочисленным применением и практикой.

В температурном диапазоне слоя от 800 до 950 0С достигается максимальное связывание серы. Это подтверждается результатами многих исследований. Степень связывания серы данным способом зависит от многих факторов: мольного соотношения Ca/S, качества (активности) известняка, размеров его частиц (так например степень превращения крупнодроблёного известняка в сульфат кальция не превышает 30%[1,2]), пористости, размеров пор. Так же для обеспечения эффективности метода необходимо обеспечить достаточное время пребывания его в слое. Тип поровой структуры (образующийся при обжиге) является во многом определяющим при выборе нужного известняка.

Второй метод разработан в Институте Горючих Ископаемых (ИГИ) и связан с осуществление процесса сжигания в кипящем слое сернистых топлив с одновременным удалением из слоя серного колчедана. Подтверждением целесообразности такого метода может служить ряд работ [2].

Третий метод, разработанный так же ИГИ, является улучшением первого. Основан он на подачу в слой водоизвестняковой смеси. Такой метод позволяет стабилизировать температуру в слое, уменьшить выбросы оксидов азота, снизить возможный унос пыли из слоя, повысить степень превращения в сульфат кальция. Твёрдый сульфат кальция имеет склонность перекрывать входную часть пор частиц известняка и препятствовать полному его использованию. Применение таких методов позволяет снизить выбросы оксидов азота, в топках с кипящим слоем, на 90% по сравнению со слоевым методом сжигания.

2.3 Выбросы оксидов углерода в атмосферу и методы их снижения

Оксид углерода – горючее вещество.

Средством устранения оксидов углерода из выбросов при сжигании твёрдых топлив является правильный подбор соотношения между топливом и окислителем – коэффициент избытка воздуха для данной технологии сжигания, ликвидация локальных избытков углерода, плохого смешения его с окислителем, неблагоприятных температурных условий в кипящем слое. Так при технологии кипящего слоя, с погружёнными поверхностями нагрева непосредственно в слой, установлено, что оксид углерода исчезает из продуктов сгорания при довольно высоких значениях коэффициента избытка воздуха (α=1,3). Образовавшийся в слое оксид углерода не догорал в надслоевом пространстве вследствие снижения там температуры из-за отвода тепла ещё в зоне горения. Используемая в данной работе технология низкотемпературного кипящего слоя не предусматривает совмещения зоны горения и зоны теплосъемных поверхностей. Используемый коэффициент избытка воздуха (α=1,2) предотвращает появление оксидов углерода в продуктах сгорания.

 Скачать реферат