08.05.2016 1
реклама
08.05.2016 1 Предельно допустимый выброс ПДВi такой максимальный выброс вредных веществ каждым источником загрязнения атмосферы (г/с или т/год), который в сумме с выбросами остальных источников не приводит к превышению приземных концентраций данного вещества над значением ПДКi. 08.05.2016 2 Значение ПДВ для ТЭС и каждого отдельного источника выбросов разрабатывается в соответствии с «Отраслевой инструкцией по нормированию выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для тепловых электростанций и котельных» РД 34.02.305-98. Критериями при определении ПДВi являются допустимый вклад ТЭС в загрязнение воздушного бассейна, санитарно-гигиенические нормативы качества атмосферного воздуха и технологические нормы выбросов. 08.05.2016 3 Если ПДВi не может быть достигнут, разрабатывается комплекс мероприятий по снижению выбросов до уровня ПДВi и дается экспертная оценка затратам на их достижение. Если по каким-либо причинам не удается обеспечить ПДКi вредного вещества в приземном слое, то вместо ПДВi устанавливается временно согласованный выброс (ВСВi). Нормы ПДВi устанавливаются для любого существующего, строящегося, проектируемого, расширяемого или реконструируемого предприятия. 08.05.2016 4 Временно согласованный выброс (ВСВ) временный лимит выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, который устанавливается для действующих стационарных источников выбросов с учетом качества атмосферного воздуха и социально-экономических условий развития соответствующей территории в целях поэтапного достижения установленного предельно допустимого выброса. 08.05.2016 5 Нормы ВСВi могут быть установлены только для действующих энергетических предприятий. Предельно допустимые выбросы в атмосферу устанавливаются едиными на нормируемый период и пересматриваются не реже одного раза в пять лет. Нормы ПДВ могут остаться неизменными и на последующие годы, если мощность источников выбросов, технология энергопроизводства, режимы работы, вид и качество используемого топлива остаются неизменными. [Далее: «НОРМАТИВЫ УДЕЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ ОТ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК» Учебно-методическое пособие (подготовлено в рамках работ по Соглашению с Минобрнауки России №14.U02.21.0665 от 17 августа 2012г.) Москва 2013] 08.05.2016 6 Вступление Росси в ВТО (Всемирная торговая организация) и ОЭСР (Организация экономического сотрудничества и развития) требует от Российской Федерации гармонизации экологического законодательства с законодательством стран ЕС. Самое важное в решении этой задачи построение соответствующей нормативноправовой базы и механизмов ее реализации. В 2010 г Правительством Российской Федерации внесен в Государственную Думу и прошел первое чтение проект ФЗ № 584587 - 5 «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации в части совершенствования нормирования в области охраны окружающей среды и введения мер экономического стимулирования хозяйствующих субъектов для внедрения наилучших технологий» 08.05.2016 7 Наилучшая доступная технология (НДТ) совокупность применяемых для производства товаров (продукции), выполнения работ, оказания услуг на объектах, оказывающих воздействие на окружающую среду, технологических процессов, оборудования, методов, способов, приемов и средств, основанных на современных достижениях науки и техники, обладающих наилучшим сочетанием показателей достижения целей охраны окружающей среды, экономической целесообразности, при условии технической возможности их применения 08.05.2016 8 Национальные стандарты для ТЭС по удельным выбросам загрязнителей (мг/м3) Загрязнитель Твердые частицы Япония Германия Франция США Россия (для вновь вводимых котлов) До 2001г c 2001г 50-300 50-150 50-100 40-125 100-500 50-250 Оксиды серы 550 4002000 4002000 740-1480 2000-3400 700-1400 Оксиды азота Уголь Мазут Газ 205-980 230 110 200-1500 150 100 650-1300 450 350 605-980 450 300 320-700 290 150 300-640 250 125 08.05.2016 9 Для установок малой мощности к тому времени уже были разработаны технические решения по улавливанию SO2. Но, при ограниченных средствах, для сокращения выбросов сернистого ангидрида целесообразно было оснащать сероулавливающими установками в первую очередь крупные котельные установки, на которых сокращение валовых выбросов на единицу вложенных средств значительно больше. Следовательно, при принятии Директивы 2001/80/ЕС резкое сокращение негативного воздействия ТЭС было экономически нецелесообразно при ограниченных средствах, т.к. незначительное снижение валовых выбросов на котельных установках малой мощности требует больших затрат. 08.05.2016 10 Наибольшие трудности для использования этой модели НДТ в российском законодательстве вызовет сравнение «выгод для окружающей среды с экономическими затратами». Взимание платы за загрязнение окружающей природной среды в какой-то степени представляет собой форму возмещения экономического ущерба, которая компенсирует воздействие выбросов загрязняющих веществ в окружающую природную среду. Но в настоящее время нормативы платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ в Российской Федерации таковы, что плата за выбросы в очень редких случаях будет больше экономических затрат на внедрение новых технологий и газоочистного оборудования. 08.05.2016 11 Европейские справочники по НДТ представляют собой документы , содержащие пошаговое описание НДТ для каждой из отраслей промышленности виды производственной деятельности Директивы Эти справочники используются компетентными органами при выдаче хозяйствующим субъектам природоохранных разрешений на право хозяйственной деятельности, а также самими хозяйствующими субъектами при формировании своей экологической политики. 08.05.2016 12 Анализ существующего состояния котельных установок, сжигающих уголь, газ, мазут, показывает большой диапазон значений удельных выбросов загрязняющих веществ. Эти различия могут вытекать из влияния на работу котельной установки основных факторов: паропроизводительность котельной установки; сроки эксплуатации котлов (и, соответственно, их 08.05.2016 техническое сосостояние); структура сжигаемого топлива; качество сжигаемого топлива; различные объемы внедренных мероприятий по подавлению образования оксидов азота (или их отсутствие); техническое состояние ЗУУ и степень очистки газов в них. 13 Нормативы удельных выбросов утвержденные в установленном порядке допустимые значения удельных выбросов загрязняющих веществ, определенные исходя из фактических возможностей технологического процесса, оборудования при оптимальных режимах его эксплуатации. Разработка нормативов удельных выбросов проводится в соответствии с требованиями природоохранного законодательства Определение перечня загрязняющих веществ, по которым устанавливаются нормативы удельных выбросов для котельных установок (котлоагрегатов) ТЭС, проводится на основе Директив 08.05.2016 14 Норматив удельного выброса загрязняющего вещества в атмосферу для котлоагрегата ТЭС может быть рассчитан следующим образом на единицу вводимого в топку тепла, г/МДж; на тонну условного топлива, кг/ту.т.; на единицу объема дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу (при стандартном коэффициенте избытка воздуха а=1,4 и нормальных условиях температуре 0°С, давлении 101,3 кПа), мг/м 3 NOx - сумма оксидов азота в пересчете на NO2. 08.05.2016 15 Историческая справка Существующее законодательство РФ регламентирует экологическую деятельность тепловых электростанций на протяжении более чем 40 лет. Первый государственный стандарт "Правила установления допустимых выбросов загрязняющих веществ промышленными предприятиями» был разработан в 1978 г. и введен в действие в 1980 г. В 1979 г. СССР была подписана Конвенция ООН о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния . 08.05.2016 16 Еще в 1974 г. Главной геофизической обсерваторией им. А.И. Воейкова совместно с другими институтами были разработаны «Указания по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий». Эти указания позволили определять воздействие на атмосферу выбросов загрязняющих веществ от предприятий, а после выхода ГОСТ установить предельно допустимые (ПДВ) и временно согласованные (ВСВ) выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. В 1986 г. Главной геофизической обсерваторией им. А.И. Воейкова была выпущена "Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий», которая является нормативным документом до настоящего времени. 08.05.2016 17 Для предприятий тепловой энергетики к одинаковым котельным установкам предъявляются различные требования в зависимости от региона расположения предприятия (различное фоновое загрязнение атмосферы, метеорологические условия) и высоты дымовых труб, обеспечивающих рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере. В результате складывается такая ситуация, когда одни предприятия уже не имеют технической возможности сокращать выбросы загрязняющих веществ, а другие, которые могут внедрять мероприятия, не имеют стимулов к внедрению даже малозатратных мероприятий 08.05.2016 18 Порядок определения удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для действующих котельных установок При определении удельных выбросов используются и анализируются следующие исходные данные: формы З-тех, 6-ТП, 2-ТП (воздух) для ТЭС; данные действующих документов по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ и проекта ПДВ для ТЭС; данные производственного контроля на котлоагрегатах - концентрации загрязняющих веществ в уходящих дымовых газах за последние 3 года; данные по качеству сжигаемого топлива за последние 3 года. 08.05.2016 19 Определение удельных выбросов производится в следующей последовательности 1. 2. 3. 4. 5. 6. определение наихудших условий работы котлоагрегата с точки зрения образования выбросов и соответствующих концентраций загрязняющих веществ в дымовых газах; измерение концентраций загрязняющих веществ; определение максимальных выбросов загрязняющих веществ в г/с; определение фактических удельных выбросов загрязняющих веществ; сравнение полученных удельных выбросов с действующим экологическим законодательством РФ и зарубежных стран; разработка предложений (при необходимости) по снижению фактических удельных выбросов загрязняющих веществ для достижения требуемых нормативов удельных выбросов (или перспективных), исходя из классификации котельных установок по тепловой мощности и видам сжигаемого топлива. 08.05.2016 20 Максимальные выбросы оксидов азота и оксида углерода определяются по максимальным замеренным концентрациям этих веществ. Максимальные выбросы твердых частиц, диоксида серы определяются балансово-расчетным методом. 08.05.2016 21 Максимальные выбросы оксидов азота от котлоагрегата определяются по формуле замеренная концентрация оксидов азота в пересчете на NO2 в уходящих газах котлоагрегата при его максимальной нагрузке при сжигании i-го вида топлива (или смеси топлив), мг/м3 при н.у.; Vсгi - удельный объем сухих дымовых газов образующихся при сгорании 1 кг (1 м3 при н.у.) i-го вида топлива, при а = 1,4, м3 /кг топлива (м3 /м3 топлива) при н.у.; Bi - расход i-го вида топлива на котлоагрегате при максимальной нагрузке, кг/с (м3 /с). 08.05.2016 22 Рассматриваются наибольшие концентрации, замеренные на котельной установке при проведении инвентаризации; проведении производственного контроля; анализе результатов измерений, вошедших в состав режимных карт котлоагрегата 08.05.2016 23 Максимальный выброс оксида углерода от котлоагрегата определяется по формуле - замеренная концентрация оксида углерода в уходящих газах котлоагрегата при его максимальной нагрузке при сжигании i-го вида топлива (или смеси топлив), мг/м3 при н.у. 08.05.2016 24 Максимальный выброс диоксида серы от котлоагрегата определяется по формуле Sr - максимальное содержание серы в топливе на рабочую массу (за последние 3 года), %; - доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле; - доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе попутно с улавливанием твердых частиц 08.05.2016 25 Максимальный выброс твердых частиц от котлоагрегата определяется по формуле При отсутствии экспериментальных данных о содержании горючих в уносе используется формула r Qнr М з 10 В А q4 α ун (1-ηзу ) 32, 68 где В — расход натурального топлива, кг/с; Ar — зольность топлива на рабочую массу, %; α ун — доля золы, уносимой газами из котла Г ун — содержание горючих в уносе, %; Qнr — низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг; 32,68 — теплота сгорания углерода, МДж/кг. ηзу — доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях, с учетом залповых выбросов (в расчетах не учитывается влияние сероулавливающих установок); q4 — потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, % (для твердых топлив принимается в соответствии с нормативными данными , для мазутных котлов q4 0,02 08.05.2016 26 Расчет удельного объема сухих дымовых газов выполняется по формуле соответственно, удельный объем воздуха, удельный объем дымовых газов и водяных паров при стехиометрическом сжигании 1 кг (1 м3 ) топлива α - коэффициент избытка воздуха. 08.05.2016 27 Для твердого и жидкого топлива расчет выполняют на основе химического состава сжигаемого топлива по формулам 08.05.2016 соответственно, содержание углерода, серы (органической и колчеданной), водорода, кислорода и азота в рабочей массе топлива, %; Wr - влажность рабочей массы топлива, %. 28 Для газообразного топлива расчет объема сухих дымовых газов выполняется по формулам где CO, CO2 , H2 , H2S, CaHб, N2 , O2 - соответственно, содержание оксида углерода, диоксида углерода, водорода, сероводорода, углеводородов, азота и кислорода в исходном топливе, %; а и б - число атомов углерода и водорода, соответственно; влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м3 сухого газа, г/м3 при н.у. 08.05.2016 29 Расчет удельного объема дымовых газов с учетом водяных паров выполняется по формуле Определение максимального удельного выброса загрязняющего вещества, приходящегося на единицу вводимого в топку котлоагрегата тепла, производится по формуле где Qr i - низшая теплота сгорания i-го вида топлива, МДж/кг (МДж/м3 ). 08.05.2016 30 Определение максимального удельного выброса загрязняющего вещества, приходящегося на тонну условного топлива, проводится по формуле теплота сгорания условного топлива, равная 29,3 МДж/кг у.т. Фактическая концентрация загрязняющих веществ в дымовых газах котлоагрегата для NOx и СО принимается по наибольшим замеренным значениям при эксплуатации котлоагрегата в период максимальной нагрузки ТЭС 08.05.2016 31 Концентрация диоксида серы рассчитывается по формуле Концентрация твердых частиц рассчитывается по формулам 08.05.2016 32 Полученные выше значения удельных выбросов на единицу вводимого в топку тепла, на единицу сжигаемого условного топлива на единицу объема выбрасываемых дымовых газов представляют собой фактические значения удельных выбросов, соответствующие нормативам максимальных выбросов (ПДВ, г/с). Фактические значения удельных выбросов отражают достигнутый уровень работы котлов ТЭС при плановых нагрузках в зимний максимум, учитывают эффект от внедренных ранее мероприятий представляют собой удельные выбросы загрязняющих веществ от этих котлов, которые могут быть обеспечены при эксплуатации действующего оборудования и выработке электроэнергии и тепла. Эти показатели являются рабочим инструментом для контроля выбросов загрязняющих веществ на ТЭС. При переходе на технологическое нормирование может сложиться ситуация, когда фактические значения удельных выбросов для многих котельных установок превысят установленные нормативы удельных выбросов для котельных установок. 08.05.2016 33 Определение удельного выброса диоксида серы и твердых частиц может проводиться на основе качественных характеристик сжигаемого топлива Определение удельного выброса диоксида серы и твердых частиц на 1 кг сжигаемого натурального топлива, М', г/кг, производится при условии Bi = 1 кг. Определение удельного выброса диоксида серы и твердых частиц на 1 кг сжигаемого условного топлива осуществляется по формуле: Концентрация диоксида серы и твердых частиц в дымовых газах рассчитывается по формуле: 08.05.2016 для диоксида серы и Vвл- для твердых частиц, м3 /кг при н.у. 34 Действующие и перспективные нормативы удельных выбросов в РФ и за рубежом В 1995 г. Постановлением Госстандарта Российской Федерации был введен в действие ГОСТ Р 50831-95 , который отменил действующие ранее и ввел в действие новые нормативы удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для котельных установок ТЭС. ГОСТ Р 50831 распространяется на котельные установки паропроизводительностью от 160 до 3950 т/ч на абсолютное давление перегретого пара от 9,8 до 25,0 МПа. В таблицах 1-7 приведены нормативы удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по ГОСТ Р 50831-95. 08.05.2016 35 08.05.2016 36 08.05.2016 37 08.05.2016 38 08.05.2016 39 08.05.2016 40 08.05.2016 41 08.05.2016 42 В связи с подписанием в г. Gothtenburg Протокола по трансграничному загрязнению воздуха на большие расстояния, в 2001 г. была принята Директива 2001/80/ЕС . Директива ограничивает удельные выбросы основных загрязнителей, образующихся при сжигании органического топлива в крупных установках тепловой мощностью более 50 МВтт. Значения нормативов удельных выбросов загрязняющих веществ устанавливаются при нормальных условиях(температура 0°С и давление 101,3 кПа): при сжигании твердого топлива при коэффициенте избытка воздуха а = 1,4 (содержание кислорода О2= 6%); при сжигании газообразного и жидкого топлив а = 1,167 (содержание кислорода О2= 3%). При этом, также как и в России, концентрации газообразных выбросов приводятся на сухие газы. 08.05.2016 43 По выбросам загрязняющих веществ Директива устанавливает разные требования как для действующих, так и для новых установок. 08.05.2016 Поскольку указанные директивы являются «рамочными», они допускают индивидуальный подход в отдельных странах, входящих в ЕС. Надо отметить, что директива предусматривает массу уступок, которые делаются для действующих котельных установок, расположенных в особых регионах, так называемых «Заморских территориях», это заморские департаменты Франции, Азорские острова, о. Мадейра (Португалия) и Канарские острова (Испания). 44 6 января 2012 года вступила в силу Директива 2010/75/ЕС. Европейское Сообщество вновь пересматривает стандарты, касающиеся основных загрязнителей, образующихся при сжигании органического топлива в крупных установках тепловой мощностью более 50 МВтт. Все значения удельных выбросов также, как и в Директиве 2001/80/ЕС, приводятся при нормальных условиях и коэффициентах избытка воздуха а=1,4 при сжигании твердого топлива а=1,167 - для газообразного и жидкого топлива. Эти стандарты действуют в настоящее время и, как все стандарты ЕС, предусматривают некоторые исключения. 08.05.2016 45 Для котельных установок, получивших лицензию до 7 января 2013 г. и пущенных в эксплуатацию до 7 января 2014 г., а также для котельных установок, которые будут действовать после 01.01.2016 г., предельные значения удельных выбросов сернистого ангидрида, оксидов азота, оксида углерода и твердых частиц принимаются в соответствии с таблицами 8-16 08.05.2016 46 08.05.2016 47 08.05.2016 48 08.05.2016 49 08.05.2016 50 08.05.2016 51 08.05.2016 52 Этапы удаления токсичных компонентов в технологическом процессе топлива Предтопочные. Сера и другие минеральные включения в угле (мазуте) отделяются до того, как он попадает в котел. Подогрев топлива Подготовка топливных эмульсий Термическая переработка твердого и жидкого топлива Топочные. Вредные выбросы внутри предтопка или котла разлагаются или связываются в процессе горения угля. Послетопочные. Отходящие дымовые газы котла очищаются в газоходах, ведущих к дымовой трубе, или в современных газоочистных установках. 08.05.2016 53 Снижение выбросов твердых частиц Объем выброса золовых частиц из топок котлов существенно зависит от расхода топлива, зольности, типа топочного устройства, влияющего на количество уносимой из топки золы и эффективности газоочистки. Для топок с жидким шлакоудалением выбросы летучей золы из топки в конвективную шахту и далее в дымовые трубы существенно меньше, чем при твердом шлакоудалении, поскольку в этом случае часть золы расплавляется в топке и оседает в шлаковую ванну. 08.05.2016 54 Для золоулавливания имеют значение следующие параметры летучей золы размер частиц (фракционный состав); удельный вес (плотность); физико-химический состав; удельное электрическое сопротивление. Выделении из потока дымовых газов твердых частиц возможно под действием: 08.05.2016 гравитационных или инерционных сил; электростатических сил электрического поля; фильтрования через ткань или зернистый слой; молекулярных сил сцепления частиц с пленкой воды или каплями 55 Теоретические основы золоулавливания M вх Mвых cвх cвых η Mвх cвх где – степень улавливания частиц в золоуловителе; M вх свх , , M вых – масса частиц на входе в золоуловитель и выходе из него в единицу времени; свых – концентрация твердых частиц на входе в золоуловитель и выходе из него. При проведении расчетов используется степень проскока (проскок) частиц M вх Mвых M вых η 1 1 ε M вх Mвх Эффективность золоулавливания в золоуловителях различного типа зависит от целого ряда факторов: скорости газов u , скорости дрейфа (осаждения) частиц поверхности осаждения (А), площади проходного сечения f и т.д. В теории золоулавливания эти факторы оцениваются параметром золоулавливания ν K v u – кинематический параметр Ф А f – параметр формы 08.05.2016 ε exp(-П) П KФ 57 Для усредненного диаметра каждой фракции подсчитывается скорость дрейфа νi и по ней фракционный проскок ε i Общий проскок золы определяется по формуле in Фi ε εi 100 i 1 n 08.05.2016 – число фракций. 58 ИНЕРЦИОННЫЕ ЗОЛОУЛОВИТЕЛИ Степень очистки (кривая 1) и потеря давления (кривая 2) в зависимости от скорости газа в циклоне Основные элементы и принцип действия циклонного золоуловителя 60 БАТАРЕЙНЫЕ ЦИКЛОНЫ (МУЛЬТИЦИКЛОНЫ) Варианты расположения циклонных элементов в батарее а — вертикальное, б — наклонное; 1 — вход неочищенных газов; 2 — выход очищенных газов; 3 — элемент батарейного циклона; 4 — трубная доска; 5 — корпус циклона; 6- золовой бункер 62 Расчет степени улавливания батарейных циклонов проводится по эмпирической формуле, полученной из экспериментальных исследований циклонов Параметр золоулавливания u 3 2 Пi k di 4,5 Где П i d i подсчитывается для каждой фракции в зависимости от диаметра частиц k – коэффициент, учитывающий тип циклона Оптимальная скорость газов принимается 4– 6 м/с. Батарейные циклоны обеспечивают улавливание до 94 % летучей золы, их используют на котлах производительностью до 170 т/ч 08.05.2016 63 Преимуществом электрофильтров является способность улавливать тонкую золу с частицами 10 мкм и менее. Электрофильтры очищают газы до концентрации твердых частиц в дымовых газах за фильтром порядка 50 мг/м3. При грамотном проектировании, хорошем изготовлении и правильной эксплуатации с помощью электрофильтров может быть обеспечена очистка газов на 99—99,8 %. 08.05.2016 64 ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЫ U=60-80кВ Еср = 240-280 кВ/м U =1-2 м/с Конструкция трехпольного двухсекционного электрофильтра типа ЭГА. 1 — вход запыленного газа; 2 — выход очищенного газа; 3 — газораспределительная решетка; 4 — защитная коробка для подвода электрического тока высокого напряжения; 5 — рама коронирующих электродов; 6 — осадительный электрод; 7 — механизм встряхивания коронирующих электродов; 8 — механизм встряхивания осадительных электродов; 9 — корпус электрофильтра; 10 — золовой бункер; 11 — газоотражательные перегородки бункеров; 12 — подъемная шахта; 13 — газораспределительные объемные элементы; 14 — конфузор за электрофильтром Четырехпольный двухярусный электрофильтр типа ЭГВ Принцип действия электрофильтра базируется на создании неравномерного электрического поля высокой напряженности и образовании коронного разряда в окрестности коронирующих электродов, расположенных в корпусе электрофильтра. Вокруг электрода, имеющего профиль с острыми углами, при напряженности электрического поля около 1,5 МВ/м возникает интенсивная ионизация дымовых газов в узкой области, прилегающей к электроду. Возникает коронный разряд, в результате которого из молекул дымовых газов выталкиваются отрицательно заряженные электроны и образуются положительно заряженные ионы дымовых газов. Электроны под действием сил электростатического поля движутся в направлении от коронирующих к осадительным электродам. Встречая на своем пути частицы золы, электроны абсорбируются на них и передают им отрицательный заряд. Теперь отрицательно заряженные частицы под действием электростатических сил направляются к осадительным электродам и осаждаются на них. Под действием адгезивных сил частицы образуют слой на осадительном электроде. Через определенные промежутки времени с помощью ударного механизма происходит встряхивание электродов, и частички золы под действием сил тяжести падают в бункер. 08.05.2016 67 Источник тока высокого напряжения U ν Осадительный электрод Коронирующий электрод Электроны Твердые частицы Молекулы газа Процесс ионизации газа и зарядки частиц в электрическом поле электрофильтра Параметр электрофильтра Скорость дрейфа частиц П э 0,2k ун пLП и t , υ = 0,25 Е2 d. 68 Коронный разряд возникает при достижении определенной напряженности электрического поля, называемой критической. С увеличением напряженности выше критической ток короны возрастает, что приводит к увеличению скорости осаждения частиц и повышению эффективности улавливания золы. Однако при дальнейшем росте напряженности электрического поля происходит пробой межэлектродного пространства искровым или дуговым электрическим зарядом, что недопустимо. Таким образом, для электрической очистки дымовых газов необходимо выполнение условия Eкр E Eпр 08.05.2016 69 Для получения наивысшей напряженности электрического поля коронирующие электроды должны иметь заостренную форму. Ранее применяли проволоку малого диаметра (3—5 мм) круглого или штыкового профиля. В настоящее время применяют коронирующие электроды с фиксированными точками разряда — ленточно-игольчатые в виде узких полос с выштампованными иголками. На концах иголок достигается наивысшая напряженность электрического поля. Подвод электрического тока (заряда) высокого напряжения к коронирующим электродам электрофильтров (60—80 кВ) осуществляется агрегатами питания. Агрегат питания состоит из регулятора напряжения, повышающего трансформатора и выпрямителя. Для обеспечения оптимального режима питания напряжение на электродах следует поддерживать на максимально высоком уровне, но ниже пробивного. 08.05.2016 70 Эффективность работы электрофильтра Согласно теории золоулавливания, оценивается параметром золоулавливания П. На основании обобщения данных испытаний отечественных электрофильтров было получено полуэмпирическое выражение для определения параметра золоулавливания при равномерном поле скоростей: П p 0,2 K ун v пLп и t К ун ν коэффициент вторичного уноса; скорость движения частиц к поверхности осаждения (скорость дрейфа), м/с; средняя скорость движения потока газов, м/с; n – число полей; Ln длина одного поля, м; t -расстояние между осадительными и коронирующими электродами, м. 08.05.2016 u 71 Коэффициент вторичного уноса определяется по выражению K ун Kн Kэл Kвс 1 0,25u 1 K 7 ,5/H который учитывает, что при увеличении высоты электрода Н вторичный унос возрастает; K вс коэффициент, учитывающий режим встряхивания. При периодическом встряхивании для трехпольного электрофильтра K вс 1,3 для четырехпольного K вс 1,7 K эл коэффициент, учитывающий тип коронирующих электродов. Для современных электродов с фиксированными точками K эл 1 08.05.2016 72 Средняя напряженность электрического поля Е и K oк зависит от электрофизических свойств золы и могут быть количественно оценены критерием ВТИ: Kф Al2O3 +Si 2O3 A Al2O3 Si 2O3 в золе, % 08.05.2016 r r r r (W +9×H )S - содержание этих соединений 73 Тогда скорость дрейфа частицы диаметром di можно определить по формуле vi 0,25(K ок Е ) di 2 Для электрофильтра параметр золоулавливания и, следовательно, степень золоулавливания возрастает с увеличением эффективной скорости дрейфа частиц, числа полей у электрофильтра и длины каждого поля, а уменьшается с ростом скорости дымовых газов и расстояния t между коронирующими и осадительными электродами. 08.05.2016 74 Зависимость электрического сопротивления золы от температуры и концентрации в топливе серы Sp 75 Значения необходимой по условиям эффективной электроочистки температуры дымовых газов Угли Экибастузские Кузнецкие Подмосковный Температура уходящих дымовых газов, оС Необходимая по Проектируемая при условиям эффективной производстве котлов очистки 135−170 95−100 130−160 105−110 170−180 150−155 Для эффективной электрической очистки дымовых газов, имеющих неблагоприятные электрофизические свойства (например, при сжигании экибастузских и некоторых марок кузнецких углей), необходимо предусматривать специальные мероприятия для снижения интенсивности или предотвращения образования обратной короны. 08.05.2016 76 Скорость дрейфа в электрофильтре сильно зависит от удельного электрического сопротивления золы В области 9 Ом∙м происходит резкое падение 10 10 8 скорости дрейфа за счет образования «обратной короны». Сущность этого явления заключается в том, что на слое золы с высоким удельным электрическим сопротивлением, осевшим на осадительном электроде, происходит большое падение напряжения, что уменьшает разность потенциалов в газовом пространстве и снижает скорость осаждения частиц. Кроме того, в слое золы происходит пробой пористого слоя, в результате которого образуется тонкий канал, заполненный положительными ионами. В межэлектродное пространство выбрасывается положительно заряженные ионы (возникает обратный коронный разряд), которые нейтрализуют отрицательно заряженные частицы золы и эффективность улавливания резко падает. Удельное электрическое сопротивление зависит от температуры, влажности и химического состава дымовых газов. 08.05.2016 77 Химический метод кондиционирования Он заключается в изменении электрофизических свойств золы при добавлении в газ химических веществ или водяного пара, адсорбирующихся на поверхности частиц золы и увеличивающих их поверхностную проводимость. В качестве кондиционирующих добавок применяются триоксид серы, водяной пар, аммиак и другие соединения. Заметный рост эффективности наблюдается при добавлении триоксида серы в количестве 20 миллионных долей по объёму газа. 08.05.2016 78 Термический метод кондиционирования Электрическое сопротивление золы определяется как её поверхностной проводимостью, так и объёмной. При низкой температуре УЭС золы определяется поверхностной проводимостью, обусловленной адсорбцией из дымовых газов поверхностью золы влаги и различных химических веществ в первую очередь сернистого ангидрида. При высоких температурах газов УЭС определяется объёмной проводимостью, обусловленной механизмом ионной проводимости, при которой главным переносчиком зарядов являются ионы щелочных металлов. 08.05.2016 79 Температурно-влажностное кондиционирование В данном методе используются преимущества влажностного и температурного кондиционирования дымовых газов при их оптимальном сочетании. Так для экибастузских углей при снижении температуры газов до 99 оС и увеличении влажности газа на 8 г/м 3 УЭС золы снижается в 70 раз, а при температуре 82 оC увлажнении на 22 г/м3 УЭС уменьшается на 2−3 порядка. Этот метод особенно привлекателен при реконструкции и перевооружении угольных ТЭС. Так на Омской ТЭЦ-5, работающей на экибастузких углях, удачной оказалась разработанная ВТИ комбинированная система золоулавливания, состоящая из скрубберов и электрофильтров с общей эффективностью золоулавливания 98,5–99,0 %. Скруббер предназначен не только для золоулавливания, но и температурновлажностного кондиционирования. Наиболее простой и дешевый способ кондиционирования, не требующий дополнительного оборудования – испарение влаги в газоходе перед электрофильтром. Этот способ приемлем в основном при сжигании в котлах средне- и малозольных углей, когда в электрофильтре отсутствует проблема запирания коронного разряда из-за чрезмерной запыленности очищаемого газа. На Каширской ГРЭС на блоках 300 МВт применена система охладительного испарения химстоков в газоходах 08.05.2016 80 Метод импульсного питания Одним из способов борьбы с обратной короной может быть импульсное напряжение для питания электрофильтров, что при постоянном токе позволяет увеличивать эффективное напряжение и удельный заряд твердых частиц. Это позволяет увеличивать скорость дрейфа частиц на осадительные электроды и повысить эффективность улавливания в 1,5–1,6 раза. При этом возрастает и потребляемая электрофильтром мощность. 08.05.2016 81 Метод питания электрофильтра знакопеременным напряжением Повысить эффективности дымовых газов в электрофильтрах можно путем применения новых режимов электропитания. При знакопеременном питании (ЗПП) высокое напряжение чередующейся полярности подается на коронирующие электроды. Полярность электрического напряжения меняется каждый раз, когда напряженность в слое приближается к пробивному значению. После переключения полярности слой на электроде перезаряжается, заряд частиц в межэлектродном пространстве также меняет свой знак и сила, действующая на частицы, по-прежнему оказывается направленной к осадительному электроду. В этом случае не происходит накопления зарядов на слое оседающей золы, предотвращается рост электро-сопротивления слоя и развитие обратной короны. Кроме того, существенно улучшаются условия встряхивания осадительных электродов от уловленной пыли, увеличивается период между встряхиваниями и повышается надежность работы механической части. Ресурс работы осадительных электродов и механизмов встряхивания возрастает до 10−12 лет Необходимая для эффективной очистки температура очищаемых газов должна быть в пределах 135–145 оС. Условная скорость дрейфа частиц возрастает в 1,2–1,3 раза. 08.05.2016 82 Метод предварительной ионизации Одним из перспективных способов улавливания высокоомной золы является предварительная её зарядка. Устройства состоит из параллельных групп электродов, через которые проходит газовый поток. Высокое напряжение низкой частоты подается на противоположные по заряду группы электродов. При этом напряженность электрического поля примерно в 10 раз превышает таковую в традиционном электрофильтре. Скорость зарядки очень высокая, что позволяет установить рассматриваемое устройство, например, на входе электрофильтра и использовать его при скорости газа выше 10 м/с. 08.05.2016 83 В обозначении электрофильтра марки ЭГА (например, ЭГА 2-88-12-6-4) указываются следующие основные характеристики: количество параллельных секций - 2; количество газовых проходов между осадительными электродами - 88; высота электродов - 12; количество элементов в осадительном электроде - 6; число полей - 4. Инновации - Электрофильтр ЭГСЭ Горизонтальный сухой электрофильтр с верхним расположением механизмов встряхивания электродных систем. Электрофильтры типа ЭГСЭ предлагаются для тепловых электрических станций. Имеют значительные преимущества перед серийно выпускаемыми отечественными аппаратами. Эти аппараты при одних и тех же условиях занимают на 40% меньший объем и на 20% снижена их металлоемкость. Они имеют новую процессорную систему управления встряхиванием электродов с диапазоном регулирования от 0,2 до 10 оборотов в минуту с защитой от заклинивания молотков встряхивания. Для управления питанием электрофильтры комплектуются системами регулирования, совместимыми с АСУТП энергоблока. В установках электрофильтров разработчик гарантирует выбросы твердых частиц ниже 50мг/м3. 08.05.2016 86 Техническая характеристика Условная высота электродов, м Межэлектродный шаг, мм 4,0 – 18,0 300; 350; 400 Количество газовых проходов, шт. от 8 до 88 Длина электрического поля, м 2,56; 3,2; 3,84; 4,48 Количество полей, шт. 2–6 Производительность по очищаемому газу (при условной скорости в активной зоне 1 м/с), тыс.м3/ч 50…2100 Температура очищаемого газа, ºС, не более 300 Запыленность газов на входе, г/м3, не более 90 08.05.2016 87 Электрофильтр типа ЭГСЭ: 1 – корпус; 2 – система газораспределения; 3 – осадительные электроды; 4 – механизм встряхивания осадительных электродов; 5 – коронирующие электроды; 6 – рама подвеса коронирующих электродов; 7 – механизм встряхивания коронирующих электродов; 8 – привод встряхивания осадительных электродов; 9 – привод встряхивания коронирующих электродов; 10 – токоподвод 88 ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОФИЛЬТР ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОФИЛЬТР 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 - МЕХАНИЗМ ВСТРЯХИВАНИЯ ОСАДИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ РЕШЕТКА ЗАЩИТНАЯ КОРОБКА ДЛЯ ПОДВОДА ТОКА АГРЕГАТ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРА МЕХАНИЗМ ВСТРЯХИВАНИЯ КОРОНИРУЮЩИХ ЭЛЕКТРОДОВ КОРОНИРУЮЩИЙ ЭЛЕКТРОД ОСАДИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОД КОРПУС ЛЮК ОБСЛУЖИВАНИЯ БУНКЕР 4 5 6 7 3 8 9 10 СХЕМА ВСТРЯХИВАНИЯ КОРОНИРУЮЩИХ И ОСАДИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ 2 1 - ОСАДИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОД 2 - УДАРНО-МОЛОТКОВЫЙ МЕХАНИЗМ ВСТРЯХИВАНИЯ ОСАДИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ 3 - КОРОНИРУЮЩИЙ ЭЛЕКТРОД 4 - УДАРНО-МОЛОТКОВЫЙ МЕХАНИЗМ 1 СХЕМА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ПЫЛИ 6 7 4 + 8 3 - + + 5 1 1 2 3 4 5 6 7 8 - 4 2 2 + 1 3 КОРОНИРУЮЩИЙ ЭЛЕКТРОД ОСАДИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОД АГРЕГАТ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОН МОЛЕКУЛА ГАЗА ОСАЖДАЕМАЯ ЧАСТИЦА ТРАЕКТОРИЯ ОСАЖДАЕМОЙ ЧАСТИЦЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ 2 КОРОННЫЙ РАЗРЯД СХЕМА ОЧИСТКИ МАРТЕНОВСКИХ ГАЗОВ 1 - МАРТЕНОВСКАЯ ПЕЧЬ 2 - КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР 3 - ЭЛЕКТРОФИЛЬТР ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЫ ПРЕДНАЗНАЧЕНЫ ДЛЯ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ НЕАГРЕССИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГАЗОВ И АСПИРАЦИОННОГО ВОЗДУХА В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, НАПРИМЕР ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ ЗОЛЫ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ КРУПНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ, ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ ПЫЛИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ВРАЩАЮЩИХСЯ ПЕЧЕЙ ЦЕМЕНТНЫХ ЗАВОДОВ И МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧЕЙ. ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ВЫПУСКАЕТ УНИФИЦИРОВАННЫЙ РЯД ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ С ВЫСОТОЙ ЭЛЕКТРОДОВ6 - 12 м И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ 30000 - 1500000 куб.м/ч . ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕМПЕРАТУРА ОЧИЩАЕМОГО ГАЗА, ° С ........................................до 330 КОНЦЕНТРАЦИЯ ПЫЛИ В ОЧИЩАЕМОМ ГАЗЕ, г/куб.м ..............до50 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ПЫЛИ, % ......................до99,5 РАЗРЕЖЕНИЕ В ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЕ, кПа (кгс/куб,м) ...................до5(500) 2 4 - ВЕНТИЛЯТОР 5 - ДЫМОВАЯ ТРУБА 3 1 4 5 Абаканская ТЭЦ Вид главного корпуса со стороны электрофильтров 90 ФИЛЬТРЫ РУКАВНЫЕ С помощью тканевых фильтров можно достичь высокой степени улавливания пыли до 99,9 %. Их использование связано с рядом условий. Скорость газового потока через ткань должна быть очень низкой — порядка 0,01—0,02 м/с. Даже при таких скоростях гидравлическое сопротивление оказывается высоким (около 0,5—1,5 кПа). 08.05.2016 92 Фазы функционирования тканевого рукавного фильтра Материал фильтра должен быть стойким к повышенной температуре, влажности и влиянию химических соединений. В качестве материала фильтров для работы при температуре газов до 130 ˚С нашли применение шерсть или шерстяной войлок, при температуре около 260 ˚С используется стекловолокно и стекловолокно с графитом, применяется также оксалин (до 250 ˚С). Длительность работы ткани составляет 1—3 года. ФИЛЬТРЫ РОТОРНЫЕ 2 3 Очищенный газ 1 5 Дымовой газ Воздух 4 Зола Роторный зернистый фильтр 1 – полый ротор; 2 – корпус; 3 – импульсная камера; 4 – золовой бункер; 5 – кассета с фильтрующим слоем Необходимая степень очистки обеспечивается подбором наполнителя, конструкцией кассет и удельной газовой нагрузкой. Предлагаемый фильтр прост в изготовлении, не требует дорогостоящих материалов и специальной подготовки газа (охлаждение, осушение и т.п.), может эксплуатироваться при максимальных концентрациях пыли в очищаемом газе. При незначительной начальной запыленности дымовых газов 5– 15 г/м3 и отсутствии требований глубокой очистки роторные зернистые фильтры могут применяться в качестве одной ступени со степенью очистки до 95 % с достижением конечной запыленности до 150 мг/м3. При высоких экологических требованиях может применяться в качестве первой ступени золоулавливания. Скорость вращения ротора 3,5; 6,5 и 13,5 ч -1 97 В качестве фильтрующего материала применяются специальные стекло-шарики диаметром 3−4 мм магнитное стекло феррогранулы феррокорунд граншлаки По сечению ротор разделен на 12 секторов. 08.05.2016 98 МОКРОЕ ЗОЛОУЛАВЛИВАНИЕ Очищенный газ Очищенный газ Дымовой газ Вода 2 Вода Вода 4 3 2 4 3 1 Дымовой газ Пульпа а) 1 Пульпа б) Центробежные скрубберы с каогуляторами Вентури (КВ) а) МС с горизонтальной КВ; б) МВ с вертикальной КВ 1 – каогулятор Вентури; 2 – форсунка для орошения КВ 3 – скрубберкаплеуловитель; 4 – пояс орошения каплеуловителя Удельный расход орошающей жидкости и скорость газа в горловине КВ Наиболее значимыми факторами в определении эффективности золоулавливания в мокрых золоуловителях являются удельный расход орошающей жидкости и скорость газа в горловине КВ. Определяющий проскок золы параметр можно определить по приближенной формуле gж uг 08.05.2016 П gжuг - удельный расход орошающей жидкости, л/м3; - скорость газа в горловине, м/с. 100 Эмульгаторы В режиме инверсии фаз жидкость из пленочного режима движения переходит в сплошную среду, а газ в дисперсную. В результате активный объём заполняется эмульсией, состоящей из жидкости и множества мельчайших пузырьков газа, которые существенно меньше достижимых при других способах образования. Степень очистки от пыли газовых потоков может составлять 99–99,5 % даже при значительном отклонении рабочих параметров от расчетных. Попутно улавливается от 5 до 20 % SO 2 08.05.2016 101 ГРАВИТАЦИОННОЕ ОСАЖДЕНИЕ - этот механизм характерен для крупных частиц и малых скоростей газов; ИНЕРЦИОННОЕ ОСАЖДЕНИЕ - происходит тогда, когда масса частицы или скорость её движения настолько значительны, что она не может следовать по линии тока газа, а продолжает движение по инерции, сталкивается с препятствием и прилипает к нему. В данном случае препятствие – это граница пузырьков газа. Эффект усиливается с турбулизацией потока. ОСАЖДЕНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СИЛЫ процесс происходит аналогично инерционному осаждению, только в данном случае траектория движения пузырьков не случайна, а специально созданная конструкцией аппарата; ДИФФУЗИОННОЕ ОСАЖДЕНИЕ - мелкие частицы испытывают непрерывное воздействие молекул газа, находящихся в броуновском движении, в результате которого возможно осаждение этих частиц на поверхности пузырьков газа. С повышением температуры и с уменьшением диаметра газовых пузырьков диффузионных эффект осаждения возрастает; ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ возможно в результате появления электростатических зарядов на пылевых частицах и каплях жидкости. 08.05.2016 102 ЭМУЛЬГАТОРЫ О ч и щ ен н ы е д ы м о вы е газы 5 В ода В од а ый г аз О чищ енн В од а В ерх н яя труб н ая д о ска 4 Д и аф р агм а 3 Ды мовой г аз 2 1 Э м ульси он н ы е п ро б ки П ульпа З ави хр и тель Батарейный эмульгатор УЭЗ-1 1 – корпус, 2 – касета, 3 – трубка, 4 – коллектор воды, 5 - каплеуловитель Н и ж н яя труб н ая д о ска П ул ьп а Д ы м овы е газы 9 8 10 О чищ енны й газ А 3 2 1 7 6 5 4 -А 3 2 1 Д ы мовой газ 11 Вихревая камера 12 П ульпа Схема кольцевого эмульгатора (КЭ). 1 – улиточный корпус, 2 – завихритель, 3 – вращающийся эмульсионный слой 4 - раскручиватель А Основным недостатком мокрых золоуловителей является понижение температуры дымовых газов. Минимально допустимая температура газов определяется исходя из известной оC. температуры точки росы водяных паров из соотношения Для выполнения этого требования часто применяют подогрев очищенных газов горячим воздухом или очищенными в дополнительных золоуловителях горячими дымовыми газами. t tp 21 t p 1 3 2 8 6 5 7 4 Принципиальная схема мокрой золоулавливающей установки с подогревом очищенных дымовых газов: 1 – котел, 2 – мокрый золоуловитель, 3 – камера смешения, 4 – дополнительный инерционный золоуловитель, 5 – багерный насос, 6 – насос осветленной воды, 7 – золоотвал 08.05.2016 105 КОМБИНИРОВАННЫЕ ДВУХСТУПЕНЧАТЫЕ ЗОЛОУЛОВИТЕЛИ 5 6 8 4 3 2 7 Ды мо вы е газы 1 Очищенные г аз ы Двухступенчатый золоуловитель для золы топлив с высоким удельным электрическим сопротивлением: 1 — вход запыленных газов; 2 — мокрый скруббер; 3 — подвод орошающей воды мокрого скруббера; 4 — швеллерная решетка для задержания капель; 5 — газораспределительные решетки; б — система осадительных электродов; 7 — бункера для уловленной золы; 8 — выход очищенных и увлажненных дымовых газов Дымо вые газы 3 7 4 О чи щ ен н ы е газы 6 5 1 9 2 8 Схема комбинированного золоуловителя 1 –входной короб, 2 – распределительные решетки, 3 – ступень зарядки частиц в электрополе, 4 – ступень осаждения частиц в электрополе, 5 – рукавный фильтр, 6 – подвод сжатого воздуха, 7 – выходной короб, 8 – бункер, 9 – отвод уловленной золы. 08.05.2016 2Х ЗУ 1 ЗУ 1 ЗУ (1 11 ЗУ ) 107 08.05.2016 108
