Разработка экологически чистого высокоэкономичного котельного агрегата для ТЭС и ГРЭС

Введение

Канско-Ачинский бассейн (КАбасс) является крупнейшим буроугольным бассейном мира, в котором находиться около 640 млрд. тонн углей, в том числе свыше 140 млрд. тонн пригодны для добычи открытым способом. В настоящее время на месторождениях КАбасса работают несколько мощных угледобывающих разрезов: Бородинский, Березовский, Переясловский и Назаровский. Однако энергетическое использование канско-ачинских углей (КАУ) на тепловых электростанциях выдвигает одновременно несколько проблем, решить которые необходимо в ближайшее время.

Прежде всего, к ним следует отнести три основные проблемы:

- загрязнение и шлакование котельных агрегатов, что обусловлено специфическим составом минеральной части канско-ачинских углей;

    - не находят применения в энергетике окисленные (сажистые) угли, превратившиеся в результате сильного окислительного выветривания в рыхлую бесструктурную массу; 

    - остро стоит проблема существенного снижения оксидов азота с уходящими дымовыми газами на тепловых электростанциях.

Снижение загрязнения атмосферы оксидами азота (NO_х), образующимися при сжигании органического топлива, в течение последних десятилетий является важным направлением исследований в области охраны окружающей среды. Эта проблема особенно актуальна для теплоэнергетики, характеризующейся значительным потреблением топлива.

Следует отметить, что в настоящее время отсутствуют способы  энергетического использования КАУ, которые бы могли решить все три указанные проблемы одновременно. В связи с этим возникает необходимость разработки принципиально новой технологии энергетического использования КАУ. Становится очевидной актуальность разработки экологически чистого высокоэкономичного котельного агрегата для ТЭС и ГРЭС КАТЭКа.

В настоящей работе рассматриваются вопросы, посвященные решению этой важной проблемы путем использования термической подготовки канско-ачинских углей перед их сжиганием.

1 Снижение оксидов азота в дымовых газах

         Образование оксидов азота в топках котлов. Оксид азота может образовываться в зоне горения всех топлив по известным механизмам:

1)  термическому, в результате диссоциации молекул на атомы и радикалы и последующего окисления молекул азота; исходит из значительной зависимости выхода NO от температуры;

2)  «быстрому», действующему в начале зоны горения, в основу которого положены реакции с участием радикалов CH,CH₂, определяет минимальный выход NO при горении топлива, слабо зависит от температуры и сильно от структуры молекулы топлива;

3)  «топливному», зависящему от содержания азота в топливе и избытка воздуха в топочной камере.

Таблица 1 - Содержание оксидов азота в дымовых газах котлов

Если при проектировании котлов не принимать специальных мер, ограничивающих образование оксидов азота, то их концентрации находятся на уровне, приведенном в таблице 1.

Химические методы очистки дымовых газов от оксидов азота.Методы химической очистки газов от NОx разделяются на следующие группы:

Окислительные, основанные на окисление оксида азота в диоксид с последующим поглощением.

Восстановительные, основанные на восстановление оксида азота до азота и кислорода с применением катализаторов.

Сорбционные, основанные на поглощении оксидов азота различными сорбентами (цеолитами, торфом, коксом, водными растворами щелочей и др.).

1. 1 Современные отечественные разработки по снижению NО_x

в дымовых газах

Технология денитрации дымовых газов разрабатывается в ВТИ в последние годы главным образом применительно к угольным котлам. В настоящее время разработаны две технологии химической очистки дымовых газов от оксидов азота:

селективное каталитическое восстановление оксидов азота аммиаком на сотовых керамических катализаторах (СКВ-технологии);

селективное некаталитическое восстановление оксидов азотов аммиаком (СНКВ-тех-нологии).

Одновременно изучается возможность совмещения этих технологий.

Обе технологии базируется на следующих основных реакциях:

4NO + 4NH₃ + O₂ →4N₂ + 6H₂O,                            (1)

6NO + 4NH₃ → 5N₂ + 6H₂O,                                (2)

2NO₂ + 4NH₃ + O₂ → 3N₂ + 6H₂O,                           (3)

6NO + 8NH₃ → 7N₂ + 12H₂O.                               (4)

Существует два варианта реализации СКВ-технологии, отличающихся местом размещения каталитического реактора. В первом варианте реактор встраивается в рассечку между котлом и воздухоподогревателем (High Dust-способ), во втором - после золоулавливателя и устройства сероочистки (Low Dust-способ).