Снижение выбросов оксидов азота в атмосферу.

Снижение выбросов оксидов азота в атмосферу.

Свойства, источники и нормативы выбросов оксидов азота.

Наиболее опасными выбросами ТЭС являются оксиды азота. Содержание оксидов азота определяет токсичность продуктов сгорания угля и мазута на 40÷50 %, а природного газа на 90÷95 %. Кроме того, оксиды азота под воздействием ультрафиолетового излучения активно участвуют в фотохимических реакциях в атмосфере с образованием других вредных газов.

Источником образования оксидов азота служит азот воздуха и топлива. содержание азота в топливе относительно невелико:

- ископаемый уголь – не более 2 %;

- антрацит – не более 0,5 %;

- торф, горючий сланец – не более 1 %;

- топочный мазут, природный газ – не более 1÷1,5 % (в отдельных месторождениях природный газ содержит до 4 % молекулярного азота).

Оксиды азота антропогенного происхождения, составляют менее 10 % всех оксидов азота, поступающих в атмосферу Земли. Однако именно антропогенные выбросы представляют наибольшую опасность, так как они сосредоточены в крупных промышленных центрах. Количество этих выбросов, зависящих от вида топлива, а при сжигании твёрдого топлива и от способа шлакоудаления, приведено ниже:

Вид топлива для котла, способ шлакоудаления	Концентрации выбросов* NOx, мг/м3, от котлов
Каменный уголь, жидкое шлакоудаление	1300÷640
Каменный уголь, сухое шлакоудаление	1100÷470
Бурый уголь	800÷350
Мазут	1320÷250
Газовое топливо	1500÷125
* Меньшие значения – для новых установок и для реконструированных старых агрегатов.

Среди различных оксидов азота практическое значение в экологическом аспекте имеют монооксид NO и диоксид NO ₂, сумму которых обозначают NO _x.

Монооксид азота – прозрачный бесцветный газ, превращающийся в жидкость при температуре – 157,7 °C и атмосферном давлении. Это малоактивный, плохо растворимый в воде газ. Образующиеся при сжигании топлива и содержащиеся в дымовых газах оксиды азота на 97÷99 % состоят из NO. Монооксид азота относительно менее токсичен, чем NO ₂. Однако в шлейфе дымовых газов из труб ТЭС происходит доокисление NO до NO ₂, степень которого находится в пределах 60÷80 %.

В отличие от NO диоксид NO ₂ более активный в химическом отношении газ красно-бурого цвета с удушливым и резким раздражающим запахом. Диоксид азота хорошо растворим в воде, легко сжижается при атмосферном давлении и температуре 21,15 °C в красно-бурую жидкость, которая при температуре 10,2 °C твердеет, образуя бесцветные кристаллы. Диоксид азота оказывает отрицательное влияние на здоровье человека и прежде всего на его дыхательную систему. Крайне опасно для жизни даже кратковременное вдыхание воздуха с концентрацией диоксида азота C _NO2 = = 200÷500 мг/м³.

Принятые значения ПДК оксидов азота в атмосфере – максимально разовая и среднесуточная, мг/м³:

Формы оксидов азота	ПДКМР	ПДКСС
NO	0,6	0,06
NO 2	0,085	0,04

 

В 1997 г. в Российской Федерации введены нормативы удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для вновь создаваемых котельных установок (ГОСТ Р50831-95), в том числе и предельное значение выбросов оксидов азота.

 

Таблица 1.

Нормативы удельных выбросов NO _x по ГОСТ Р50831-95                  для котельных установок, вводимых на ТЭС с 1 января 2001г.

Производи-тельность котла D, т/ч	Вид топлива	Массовый выброс* NO x, кг/т	Массовая концентрация** NO x в дымовых газах при α = 1,4, мг/м3
Менее 420	Газ	1,26	125
	Мазут	2,52	250
	Уголь бурый: твёрдое шлакоудаление жидкое шлакоудаление	3,20 3,20	300 300
	Уголь каменный: твёрдое шлакоудаление жидкое шлакоудаление	4,98 6,75	470 640
Не менее 420	Газ	1,26	125
	Мазут	2,52	250
	Уголь бурый: твёрдое шлакоудаление жидкое шлакоудаление	3,20 –	300 –
	Уголь каменный: твёрдое шлакоудаление жидкое шлакоудаление	3,81 6,16	350 570
* Массовый выброс оксидов азота при расходе топлива в условном исчислении, т. ** При нормальных физических условиях, рассчитанных на сухие газы.

 

Таблица 2.

Рис. 2. Принципиальная схема трёхступенчатого сжигания топлива в топке котла

Уменьшение выбросов оксидов азота при ступенчатом сжигании топлива в среднем составляет:

- при сжигании угля – до 40 %,

- при сжигании мазута – до 35 %,

- при сжигании природного газа – до 45 %.

Использование ступенчатого сжигания топлива в топке котла приводит к снижению технико-экономических показателей котла. Увеличивается избыток воздуха на выходе из топочной камеры, и при этом возрастает температура газов на выходе из топки в среднем на 4÷5 °C, а КПД котла снижается на 0,2÷0,5 %. Кроме того, несколько увеличивается расход электроэнергии на собственные нужды, что приводит к дополнительному снижению КПД котла нетто на 0,1÷0,8 %.

 

Рециркуляция дымовых газов.

Рециркуляция дымовых газов из конвективной шахты в тракт воздуха осуществляется, как правило, с помощью дополнительного дымососа рециркуляции газов (ДРГ) (см. рис. 3).

Рис. 3. Принципиальная схема рециркуляции дымовых газов котла с использованием дымососов рециркуляции газов

1 – топка котла; 2 – дымосос рециркуляции газов; 3 – регенеративный воздухоподогреватель; 4 – дымосос; 5 – дутьевой вентилятор; 6 – смесительная камера.

Для улучшения перемешивания газов рециркуляции с воздухом, который поступает в топочную камеру, устанавливают смесители. Доля рециркулирующих газов обычно не превышает 20 %. Благодаря рециркуляции дымовых газов снижаются концентрация кислорода в зоне горения топлива и температура горения.

Уменьшение выбросов NO _x при использовании данного метода может быть доведено:

- при сжигании угля – до 25 %;

- при сжигании мазута – до 30 %;

- при сжигании природного газа – до 33 %.

Технико-экономические показатели ТЭС при этом заметно ухудшаются. Возрастает расход электроэнергии на собственные нужды (за счёт привода дымососов рециркуляции газов). Кроме того, растёт температура уходящих газов, что приводит к снижению КПД котла на 0,6÷1,3 %.

Иногда рециркуляцию дымовых газов осуществляют на всасе дутьевых вентиляторов, если при этом имеется достаточный запас их производительности. Доля рециркуляции при этом обычно не превышает 10 %. В этом случае также возрастает температура уходящих газов и снижается КПД котла, возрастают затраты электроэнергии на собственные нужды из-за роста расхода электроэнергии на дутьевые вентиляторы.

 

Снижение выбросов оксидов азота в атмосферу.