Очистка дымовых газов от окислов азота

Окислы азота NО_Х также, как и окислы серы SO_Х, принципи­ально возможно удалять из продуктов сгорания ТЭС, Однако до на­стоящего времени очистка топочных газов от NО_Х не нашла промышленного применения в связи о большими трудностями. К ним от­носятся значительно более низкие концентрации NО_Х в дымовых газах и их более высокая химическая устойчивость (особенно оки­си азота). Принципиально существуют два пути очистки дымовых га­зов от окислов азота: улавливание окислов азот с последующей переработкой их в товарные продукты (азотная кислота, азотно-кислые соли и т.д.); разрушение окислов азота до нетоксичных составляющих.

Для первого пути используются методы абсорбции и адсорбции. Одним из наиболее распространенных абсорбционных методов является щелочное поглощение NО_Х. При этом в качестве щелочных поглотителей могут использоваться Na₂CO₃, Cа(OH)₂ или раствором аммиака, обеспечивающие поглощение NО₂ в соответствии с реакциями:

2NO₂ + Na₂CО₃ NaNO₃ + NaNO₃ + CO₂ (1.17)

4NO₂ + 2Ca(HО)₂ Ca(NO₂)₂ + Ca(NO₃)₂ + 2H₂O (1.18)

2NO₂ +2NH₄OH NH₄NO₂ + NH₄NO₃ + H₂O (1.19)

Из адсорбционных методов очистки наиболее перспективен метод адсорбции силикагелем (SiO₂ • nН₂О), позволяющий получить в качестве побочных продуктов азотную кислоту и концентраты окислов азота.

Достаточно перспективными могут также оказаться методы каталитического разложения окислов азота, однако опыта промышленно­го применения таких установок на ТЭС до настоящего времени нет.

Предварительные оценки показывают, что такие установки на пер­вой стадии освоения будут громоздкими и дорогими. Поэтому в ка­честве ближайших шагов по ограничению выбросов NО_Х будет со­вершенствование режимно- конструкторских решений по оптимизации процессов сжигания топлив.

1.5. Получение " чистого" энергетического топлива

Существуют различные пути получения " чистого" топлива, которые способствует значительному уменьшению выбросов в атмосферу золы и токсичных примесей. Исследования в этой направлении проводятся во многих странах, в том числе и в России. Однако реализация многих из них ввиду сложности и высокой стоимости до сих пор не вышла за пределы полупромышленных и промышленных экспери­ментов.

в) Очистка топлива от соединений серы

Процесс сероочистки в первую очередь определяется видом топ­лива и требуемой глубиной очистки. Очистка от серы жидких топлив практически освоена и её практическая реализация в каждом конкретном случае зависит лишь от экономической целесообразности. В настоящее время применяется два метода сероочистки жид­кого топлива – прямой и косвенный. При прямой сероочистке жидкое топливо обрабатывается путем каталитического гидрирования с выделением серы в виде сероводорода и с дальнейшим восстановлением до элементарной серы. Глубина сероочистки при реализации этого метода составляет с 3 4% до 0, 6 1, 0%.

Метод косвенной очистки от серы представляет собой перегонку жидкого топлива в вакууме. Глубина сероочистки доходит до 0, 3 0, 5% при содержании серы в исходном топливе 3 4%.

Промышленное освоение методов сероочистки твердых топлив намного сложнее. В составе углей сера находится в виде органической и колчеданной. Колчеданная сера может быть относительно легко удалена из топлива путем обогащения, так как присутствует в углях в виде отдельных включений. Органическая же сера входит непосредственно в состав горючей массы, и удаление ее чрезвычайно сложно. Большинство методов очистки угля от органической серы связано с применением различных растворителей, в которых уголь растворяется при повышенных температурах под давлением в присутствии водорода. В результате органическая сера переходит в сероводород H₂S и удаляется. Растворитель регенерируется и возвращается в цикл. Отработка методов очистки углей от органи­ческой серы пока еще производится на экспериментальных установ­ках.

б) Газификация топлив

Процесс газификации топлив включает в себя ряд последовательных процессов перевода жидкого или твердого топлива в газообразное состояние путем неполного окисления при высокой температуре (800 1300°С) с одновременным удалением вредных примесей, выступающих в качестве побочных продуктов (сера, азот, концентрат ванадия). Несмотря на большое разнообразие методов газификации, все они характеризуются одними химическими реакциями.

При газификации твердого топлива окислению кислородом или во­дяным паром подвергается непосредственно углерод

2С + О₂ 2 СО; (1.20)

С + Н₂О СО + Н₂ (1.21)

При этой часть углерода сгорает полностью, а образовавшийся углекислый газ реагирует с раскаленным углеродом:

С + О₂ СО₂; (1.22)

СО₂ + С 2СО (1.23)

При газификации жидких топлив под действием высокой температуры углеводороды расщепляются до низкомолекулярных соединений или элементарных веществ, которые затем окисляются по реакциям

СH₄ + О₂ СО + 2H₂; (1.24)

СH₄ + H₂O СО + 3H₂ (1.25)

Часть газообразных продуктов реагируют между собой

СО +Н₂О СО₂ + Н₂ (1.26)

Газификация топлива в сравнении с сероочисткой газов имеет ряд преимуществ и, в частности, отсутствие необходимости восстановления серы, так как в процессе газификации сера не окисляется и получается в виде сероводорода H₂S, переработка которого в элементарную серу более рентабельна, чем двуокись серы. Процесс газификации обеспечивает снижение выбросов окислов серы и азота примерно в 10 раз. Капитальные вложения в создание установки по графикам топлива на ТЭС достигают 30% от основных вложений на установленный киловатт мощности.