Transcript Технологічні нормативи - Інститут вугільних енерготехнологій

V міжнародна науково-практична конференція»,
Львів, 2012 р.
Шляхи покращання
екологічних показників
роботи вугільної енергетики
України
І. Вольчин
Інститут вугільних енерготехнологій
НАН України, Київ
[email protected]
Існуючий рівень вмісту забруднюючих
речовин у димових газах ТЕС України
Речовина
Концентрація, мг/м3
Тверді частинки
Електростатичні фільтри (62.5%),
Осаджувальний електрод < 12 м
600-2500
Осаджувальний електрод => 12 м
250-2100
Діоксид сірки
1100-3200
2000-7000
Оксиди азоту
500-1800
Мокрі скрубери Вентурі (37.5 %),
Викиди великих ТЕС України, 2011
Обсяг,
тис. т/р
Лімит для України за
Мультипротоколом,
тис. т/р (2010)
SO2
NOx
1112,75
162,43
1457
Тверді частинки
CO
310,54
11,39
Забруднююча
речовина
1222
Основні нормативні документи, спрямовані4
на зниження викидів забруднюючих
речовин від великих котлів




Протокол про важкі метали 1997 р. і Протокол про боротьбу з
підкисленням, евтрофікацією та приземним озоном 1999 р. до
Конвенцїї ООН про транскордонне перенесення забруднення на
великі відстані 1979 р.
Наказ Мінприроди від 22.10.2008 № 541 «Про затвердження
технологічних нормативів допустимих викидів забруднюючих
речовин із теплосилових установок, номінальна теплова
потужність яких більше 50 МВт».
Приєднання України до Угоди про енергетичне співтовариство
(підключення до європейської електромережі ENTSO-E); до
31.12.2017 рівень викидів ТЕС має відповідати вимогам
Директиви 2001/80/EC. З 01.02.11 Україна стала членом
Європейського енергетичного співтовариства
Податковий кодекс України.
Технологічні заходи з пилоочищення

Сухе електростатичне осадження.
Ефективність більше 99.5 %. Низький гідравлічний опір.
Суха зола. Низькі експлуатаційні затрати. Високі капітальні
затрати



Мокре електростатичне осадження. Ефективність
більше 99.9 %. Низький гідравлічний опір. Відсутність
вторинного виносу. Низькі експлуатаційні затрати. Високі
капітальні затрати. Мокра зола. Витрата води на зрошення.
Тканинні фільтри. Ефективність більше 99.9 %. Низькі
капітальні затрати. Високий гідравлічний опір. Високі
експлуатаційні затрати.
Мокрі золовловлювачі. Ефективність більше 99.9 %.
Низькі капітальні затрати. Високий гідравлічний опір. Високі
експлуатаційні затрати. Велика витрата води на зрошення.
Необхідність нагріву відхідних газів.
Необхідний ступінь пилоочищення – не менше 99.9 %
Електростатичне осадження
Ефективність осадження
 w S 
 w S 
  1  exp 

1

exp



G
u

F




y
Швидкість дрейфу
w
4  0  E0  E  d ч
~ 0.1...1.0 м/с
2
г
108  e  E
w
~ 0.01м/с
3   г
y
Переваги мокрого способу
електростичного осадження
• Робота в умовах 100 % вологості
димових газів з наявністю в них крапель;
• Незалежність від електричних та хімічних
властивостей твердих частинок;
• Незалежність від вхідної температури
димових газів
• Зменшення швидкості димових газів
• Підвищення вмісту водяної пари у
димових газах як електронегативного газу;
• Усунення вторинного виносу пилу з
електродів;
• Робота без системи струшування і
рухомих частин.
Фільтрація димових газів
Висока ефективність пилоочищення
(вихідна концентрація менше 25 мг/м3)
Високий гідравлічний опір
(1000-1800 Па)
Низькі капітальні затрати
Високі експлуатаційні затрати
Принципова технологічна схема
реконструкції мокрого скрубера Вентурі
Реконструкція в межах існуючої
комірки
Зберігається труба Вентурі та
нижня частина (1/3)
краплевловлювача
Мокрий ЕСФ
Вода
на змив
Споруджується мокрий
електрофільтр.
Сорбент
Димові
гази
Труба
Вода
Вентурі на розпил
Чисті
димові
гази
Скрубер
Пульпа в систему
утилізації
Швидкість димових газів у
мокрому ЕСФ – близько 1,5 м/с
Висота електродів – 8-10 м
Загальна висота установки – до
18 м
Світовий досвід десульфуризації
димових газів









85 % - мокрі скрубери, з них
72 % з використанням вапняку
16 % з використанням вапна
12 % з використанням інших сорбентів
15 % - сухі та напівсухі методи, з них
з використанням абсорбційних реакторів
введення сорбенту у топку
введення сорбенту у газохід перед фільтром
гібрідні методи
Необхідний ступінь сіркоочищення – не менше 92 % (200 мг/м3)
Мокра десульфуризація димових газів 11
•
Сорбент – водная суспензія вапняку чи вапна
•
Подача суспензії сорбенту – в краплеподібному
вигляді.
•
Місце подачи – скрубер, розміщений після
золовловника
•
Реакції проходять на краплях при температурі
нижче точки роси
•
Основні реакції зв’язування
SO2 + H2O = H2 SO3 = H+ + HSO3–
CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2O + CO2
Ca2+ + 2HSO3– = CaSO3 + H2SO3
CaSO3 + ½ O2 + 2 H2O = CaSO4×2H2O
•
Мольне відношення Ca/S – 1,02-1,10.
•
Час перебування в cкрубері – близько 10 сек.
•
Кінцевий продукт – гіпс (чистота 95%)
•
Ефективність – від 90 до 98 %
Схема мокрої вапнякової десульфуризації з
примусовим окисленням
Схема процесу сіркоочищення в скрубері
подвійного контакту потоків (DCFS)
Схема барботажного процесу CT-121
Подача сорбенту в верхню частину
паливної камери








Сорбент – вапняк чи вапно
Зона температур – 1230-980 oC
Двухстадійне реагування
І стадія – утворення CaO
CaCO3 = CaO + CO2
або
Ca(OH)2 = CaO +H2O
ІІ стадия – утворення ангидриту CaSO4
CaO + SO2 + ½ O2 = CaSO4
Ефективність
– від 20 до 30 % (для CaCO3)
Ефективність
– від 50 до 65 % (для Ca(OH)2)
Небезпека занесення поверхонь нагріву та
повітропідігрівника
15
Схема процесу ReACT
Основи напівсухої вапняної десульфуризації





Основний сорбент – пилоподібне гашене вапно (Ca(OH)2),
порохнянка
Зона температур – 130-180 oC
Подача в газохід вологи з досягненням в реакційному просторі її
повного випарювання та зниження вихідної температури
димових газів до 65-80 oC (ближче до водяної точки роси)
Адсорбція водяної пари на поверхні частинок сорбенту
І стадія – утворення на поверхні частинок сірчистої кислоти
SO2 + H2O = H2 SO3

ІІ стадія – утворення гемі-гідрату сульфіту кальцію
Ca(OH)2 + H2 SO3 = CaSO3×½H2O + ½ H2O


Ефективність
– до 95 %
Реагування відбувається доки в димових газах є частинки
сорбенту з абсорбованої на поверхні водою
17
Схема технології ЦКШ RAFAKO
Схема гібридного методу сухої
десульфуризації LIFAC
Напівсуха аміачна десульфуризація





Сорбент – розчин аміачної води або карбаміду
Зона вхідних температур – 130-180 oC
Подача в газохід розчину з досягненням в реакційному просторі
її повного випарювання та зниження вихідної температури
димових газів до 65-80 oC (ближче до водяної точки роси)
Адсорбція водяної пари на поверхні частинок продукту
І стадія – утворення на поверхні частинок сірчистої кислоти
SO2 + H2O = H2 SO3

ІІ стадія – утворення сульфату амонію
2 NH3×H2O + H2SO3 + ½ O2 → (NH4)2SO4 + 2 H2O
2 NH4HCO3 + H2SO3 + ½ O2 → (NH4)2SO4 + 2 H2O + 2 CO2


20
Ефективність
– до 98 %
Реагування відбувається доки в димових газах є частинки
сорбенту з абсорбованої на поверхні водою
Вплив параметрів паливного процесу на
ефективність спалювання вугілля та
зниження викиду NOx
Параметр процесу
Викид
NOx
Втрати з
недопалом
Зниження надлишку повітря
падає
ростуть
Збільшення температури повітря
росте
падають
Зменшення навантаження паливні
падає
ростуть
Спільне спалювання вугілля з газом чи мазутом
падає
ростуть
Зменшення стехіометрії у первинній зоні горіння
падає
ростуть
Ступінчаста подача повітря
падає
ростуть
Зменшення теплосприйняття екранів
росте
Падають
Рециркуляція димових газів
падає
ростуть
Покращання сумішоутворення палива та повітря
росте
падають
Вприск пари у зону горіння
падає
ростуть
Ступінчаста подача палива
падає
ростуть
Ефективність застосування режимнотехнологічних методів зменшення NOx
Метод
Зниження
NOx,%
Примітки
Зниження загального
надлишку повітря
10-15
Обмежується зростанням втрат
тепла з механічним (q4) та хімічним
(q3) недопалом
Відключення частини
пальників
15-20
Обмежується потрібним
навантаженням
Двохступінчасте
спалювання
30-40
Крім котлів на антрацитовому штибі
Малотоксичні
пальники
30-50
Не перевірено на антрацитовому
штибі (АШ) і пісному (Т) вугіллі
Рециркуляція димових
газів
15-20
Не застосовується для малореакційного вугілля АШ і Т
Трьохступінчасте
спалювання з
відновленням NOx
40-60
Висока вартість для методу з
використанням в якості відновника
природного газу
Схема конверсії азоту летких вугілля
Схема процесу горіння в пальнику з
низьким виходом NOx
A – зона виходу летких; B – виділення проміжних радикалів,
C – зона відновлення оксидів азоту; D – окислювальна зона;
1 – для малотоксичного пальника; 2 – для традиційного пальника
Схема малотоксичного вихрового
пальника серії Vortex
1 – аксіальний завихрювач; 2 –
пересувна заслінка для регулювання
витрати палива; 3 – пиловугільна
насадка для формування окремих
струменів; 4 – рухливий внутрішній
сердечник для регулювання розподілу
й витрати пилу вугілля широкого
діапазону; 5 – напрямна труба засобів
розпалювання; 6 – привід заслінки; 7 –
труба розпалювального палива; 8 –
захист від зносу; 9 – пристосовується
до існуючих конструкцій під'єднання
по аеросуміші; 10 – контроль полум’я;
11 – пристрій регулювання повітряної
зони; 12 – трубки системи контролю
потоків
Тангенціальне горіння
Удосконалена технологія Reburning
а – зона горіння основного палива; б – зона відновлення; в – зона
догоряння; 1 – повітря;, 2 – основне паливо; 3 – паливо-відновник;
4 – третинне дуття; 5 – присадка відновника оксидів азоту
Вплив параметрів топкового процесу на
ефективність спалювання вугілля та
зниження викиду NOx
Параметр процесу
Викид
NOx
Втрати з
недопалом
Зниження надлишку повітря
падає
ростуть
Збільшення температури повітря
росте
падають
Зменшення навантаження топки
падає
ростуть
Спільне спалювання вугілля з газом чи мазутом
падає
ростуть
Зменшення стехіометрії у первинній зоні горіння
падає
ростуть
Ступінчаста подача повітря
падає
ростуть
Зменшення теплосприйняття топкових екранів
росте
Падають
Рециркуляція димових газів
падає
ростуть
Покращання сумішоутворення палива та повітря
росте
падають
Вприск пари у зону горіння
падає
ростуть
Ступінчаста подача палива
падає
ростуть
Азотоочистка димових газів
Технологія
Селективне
некаталітичне
відновлення (СНКВ)
Селективне
каталітичне
відновлення (СКВ)
Робочі
температури
850-1100 С
(верх топки)
350-450 С
Ефективність
до 50 %
90 %
Аміак, карбамід
Аміак
25 $/кВт
80 $/кВт
Сорбент
Капітальні
витрати
СКВ
Зона температур: 170-510 С
Основні реакції:
4 NO + 4 NH3 + O2 = 4 N2 + 6 H2O
6 NO2 + 8 NH3 = 7 N2 + 12 H2O
СНКВ
Зона температур: 850-1000 C
Основна реакція:
4 NO + 4 NH3 + O2 = 4 N2 + 6 H2O
4 NO + 2 CO(NH2)2 + O2 → 4 N2 + 4 H2O + 2 CO2
(зменшення)
Небажана реакція:
4 NH3 + 5 O2 = 4 NO + 6 H2O
(окислення)