Таллинский Технический Университет Вирумааский колледж

ТАЛЛИНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Вирумааский колледж
RAR0693 Сберегающие технологии
Ольга Зимницкая
RDKR111946
Использование электронных пучков высоких
энергий для удаления вредных оксидов из
отходящих газов
Домашняя работа №2
Преподаватель: Згуро А.А, лектор
Кохтла-Ярве 2014
В настоящее время в большинстве промышленно развитых стран усиливается внимание к
проблеме загрязнения атмосферы выбросами тепловых электростанций (ТЭС) и других
промышленных предприятий.
Дымовые газы ТЭС характеризуются большими объемными скоростями их выброса в
атмосферу и относительно малыми концентрациями содержащихся в них вредных
примесей (оксидов азота и серы). Это затрудняет их очистку обычными методами и
является причиной того, что в энергетике по сравнению с другими отраслями
промышленности хуже всего обстоит дело с защитой атмосферы от загрязнения.
В последние годы в связи с разработкой новой техники и повышением ее эффективности
предложены новые физико-химические методы для очистки промышленных газов для
очистки от вредных примесей.
Наиболее эффективным и разработанным среди физико-химических методов в настоящее
время является метод
удаления оксидов азота и серы из отходящих газов тепловых
электростанций с помощью пучков электронов высоких энергий.
Оксиды азота образуются в основном за счет окисления азота воздуха под воздействием
высокой температуры (так называемые термические окислы азота) и при окислении
азотосодержащих органических веществ, имеющихся в составе жидких и твердых топлив
(топливные окислы азота). Конечными продуктами окисления азота являются оксид азота
(NO) и диоксид азота (NO2); смесь этих газов обычно обозначается NOx.
При обычных температурах горения > 15000С идет преимущественное образование NO по
реакции:
N2+O2 → 2NO
При охлаждении дымовых газов и при наличии избытка кислорода равновесие сдвигается
в сторону образования NO2 по реакции:
2NО+O2 → 2NO2
Поэтому в отходящих газах содержится в основном NO2 при незначительном количестве
NO.
NO2 вредно влияет на дыхательные пути человека. SO2 относится к разряду токсичных
газов.
2
В ряде стран (Япония, Китай, Польша, германия) эксплуатируются несколько пилотных
установок производительностью 10-20 тыс. м3 газов в час, а также 6 промышленных
установок производительностью 100 тыс. м3 газов в час.
Рис. 1. Схема очистки дымовых газов от NO2 и SO2
На рис.1 представлена схема установки, сооруженной в польском городе Щецин.
Дымовые газы от двух котельных агрегатов, мощностью 56 МВт каждый, работающих на
угле, сначала очищаются системой электростатических фильтров. Затем половина потока
после охлаждения до температуры 60-900С распыленной струей воды и добавки
некоторого количества аммиака NН3 поступает в два радиационно-химических аппарата,
где происходит обработка газовой смеси четырьмя электронными пучками двух
ускорителей общей мощностью 1200кВт. В результате происходящих после облучения
химических реакций образуются твердые частицы нитратов и сульфатов аммония.
Последние улавливаются электростатическими фильтрами и поступают в накопительный
бункер. Полученное вещество является экономичным сельскохозяйственным удобрением.
Может возникнуть вопрос: зачем нужно охлаждать газовый поток? Во - первых,
оптимальная температура для стимулируемых электронным пучком реакций SO2 и NOx с
NH3 лежит в интервале 60-900С, на 16-200С выше точки росы (Точка росы — это
3
температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нём пар
достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу. Этот параметр зависит от
давления воздуха) [3]. Во-вторых, более высокая температура опасна для титановых фольг
выпускных окон ускорителей электронов.
Содержание окислов азота в газах после обработки снижается более чем в 3 раза, а
оксидов серы – в 10 раз. Столь ощутимый эффект объясняется именно радиационным
вмешательством.
Упрощенно механизм радиационного перевода NOx и SO2 из газовой фазы в присутствии
аммиака представлен на рис.2.
Рис.2.
Эффективность радиационной обработки отходящих газов зависит от первоначальной
концентрации окислов.Чем она выше, тем эффективнее при прочих равных условиях
(тепература, концентрация впрыскиваемого аммиака) работает электронный пучок –
усиливается кратность снижения окислв азота и серы. [1].
Эффективность удаления NOx можно повысить, применяя двухстадийное облучение:
4
NО2 + ½ Н2O + ¼ О2 + NН3 → NН4 NО3
HNO2 +½ O2+NH3 → NН4 NО3
Время, характерное для протекания процесса, составляет ~ 0,01 с. Именно такой прием
осуществлен в пилотной установке на ТЭС в Щецине.
Опыты на различных пилотных установках показали также, что экономичность процесса
очистки вредных выбросов возрастает в случае очистки газов с большим содержанием
SO2. [4].
Более широкому распространению технологии препятствует отсутствие надежных,
мощных ускорителей электронов. [5].
5
Литература:
1. Абрамсон И.Г., Шлионский Ю.С., Использование электронных пучков высоких
энергий для удаления вредных оксидов из отходящих газов [WWW].
http://sir35.narod.ru/RT/Tn_603.htm (07.10.14)
2. Тимонин И.Г., Инженерно-экологический справочник, Калуга: Издательство Н.
Бочкаревой, 2003, стр. 139, Электронно- лучевая технология очистки дымовых
газов от NOx и SO2 [WWW].
http://science4you.ru/dict_ie1-26 (07.10.14)
3. Точка росы. [WWW].
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%BE%D1%87%D0%BA%D0%B0_%D1%
80%D0%BE%D1%81%D1%8B (07.10.14)
4. А. С. Алимов. Практическое применение электронных ускорителей. Москва. 2011
[WWW].
http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=3&ved=0CCkQFjA
C&url=http%3A%2F%2Fwww.sinp.msu.ru%2Fru%2Fsystem%2Ffiles%2Fpreprints%2F
pp877.pdf&ei=4XQyVPPbDszgOLXcgJAE&usg=AFQjCNHywuTHW83xvjYORXDLrKj
hoCUJJg&bvm=bv.76802529,d.ZWU&cad=rjt (07.10.14)
5. Овчинников В.П., Строкач А.П., Толстун Н.Г. Ускоритель электронов с энергией
1 МэВ и мощностью пучка до 500 кВт для очистки дымовых газов. [WWW].
http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&ved=0CC4QFjAD&url=htt
p%3A%2F%2F2013.atomexpo.ru%2Fmediafiles%2Fu%2Ffiles%2F2013%2F27_June%2Fohrana_o
kr_sred%2FOvchinikov_Strokach_Tolstun.ppt&ei=P3kyVNPlG8nVPNKRgaAB&usg=AFQjCNFctQw
X5trMPkxCh9BmQyZwba0qPQ&bvm=bv.76802529,d.ZWU&cad=rjt (07.10.14)
6