Закажите бесплатный звонок
Наш менеджер свяжется с вами в течении суток
Оставляя данные, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности
Озон в очистке газовых выбросов
2. Озонно-аммиачный способ очистки выбросных газов
Наиболее распространенным в мировой практике в настоящее время является метод десульфуризации, основанный на использовании извести в качестве реагента для связывания SO2. Этот сравнительно простой и дешевый способ успешно опробован и в нашей стране.
Однако в дальнейшем в связи с увеличением единичной мощности агрегатов возникли проблемы, связанные в основном с эксплуатационными трудностями (приготовление реагентов, захоронение отходов, борьба с отложениями).
Появилась необходимость разработки принципиально новых технологий газоочистки, которые эффективно сочетались бы с техническими режимами работы ТЭС, в первую очередь со значительными изменениями массы выбросов в процессе работы, что может быть связанно и с изменением вида топлива (или комбинациями таких энергоносителей, как газ-мазут, мазут- уголь и т. п.).
Крайне предпочтительной являлась бы технология, одновременно улавливающая выбросы SO₂ и NOx. Эти газы отличаются весьма существенно по химической активности. В то же время данных по химическим механизмам одновременного устранения этих вредных компонентов, необходимых для разработки такой технологии, не так уж много.
Разработка озоно-каталитического метода очистки газов ТЭС реализована в 1980-е гг. коллективом Московского теплотех нического института (МТИ). На наш взгляд, это успешная научно-промышленная разработка, имеющая большую перспективу, поэтому остановимся на этой технологии более подробно.
Исследования проводились в опытно-промышленной уста новке на пылеугольном блоке Молдавской ГРЭС мощностью 200 МВт. В процессе многолетних исследований удалось решить ряд научных и технических проблем, как-то:
После ряда поисковых работ разработана и реализована опытно-промышленная установка (ОПУ), принципиальная схема которой изображена на рис. 4.1.
Согласно схеме на рис. 4.1 газы после очистки от золы направляются в абсорбционные аппараты ОПУ, а именно в коагулятор Вентури. Объем обрабатываемого газа составляет 10 тыс. м³/ч. Одновременно в конфузоры труб Вентури через форсунки 3 вводится озонированный воздух (400 м³/ч) и погло тительный раствор в количестве 0,5 л/м² газа.
При контакте газов с озоном происходит окисление NO в NO2. сопровождающееся поглощением SO2 и NO₂ каплями распыленной с помощью форсунок жидкости с образованием сернисто- и азотнокислых солей.
Далее дымовые газы проходят каплеуловитель 2, после которого очищенные дымовые газы отводятся в дымовую трубу, а раствор стекает в циркуляционную емкость 4, куда вводится аммиачная вода насосом 13 из емкости 12 в таком количе стве, чтобы обеспечивать в растворе необходимый диапазон рН (5.0-6.5)
Наиболее распространенным в мировой практике в настоящее время является метод десульфуризации, основанный на использовании извести в качестве реагента для связывания SO2. Этот сравнительно простой и дешевый способ успешно опробован и в нашей стране.
Однако в дальнейшем в связи с увеличением единичной мощности агрегатов возникли проблемы, связанные в основном с эксплуатационными трудностями (приготовление реагентов, захоронение отходов, борьба с отложениями).
Появилась необходимость разработки принципиально новых технологий газоочистки, которые эффективно сочетались бы с техническими режимами работы ТЭС, в первую очередь со значительными изменениями массы выбросов в процессе работы, что может быть связанно и с изменением вида топлива (или комбинациями таких энергоносителей, как газ-мазут, мазут- уголь и т. п.).
Крайне предпочтительной являлась бы технология, одновременно улавливающая выбросы SO₂ и NOx. Эти газы отличаются весьма существенно по химической активности. В то же время данных по химическим механизмам одновременного устранения этих вредных компонентов, необходимых для разработки такой технологии, не так уж много.
Разработка озоно-каталитического метода очистки газов ТЭС реализована в 1980-е гг. коллективом Московского теплотех нического института (МТИ). На наш взгляд, это успешная научно-промышленная разработка, имеющая большую перспективу, поэтому остановимся на этой технологии более подробно.
Исследования проводились в опытно-промышленной уста новке на пылеугольном блоке Молдавской ГРЭС мощностью 200 МВт. В процессе многолетних исследований удалось решить ряд научных и технических проблем, как-то:
- определена эффективность очистки газов от SO2 и NOx при различных удельных расходах озона и способах его ввода:
- исследовано влияние времени контакта реагирующих веществ и удельного орошения газов на эффективность их очистки от SO2 и NOx:
- установлены вопросы надежности технологической схемы и технико-экономические показатели процесса в целом.
После ряда поисковых работ разработана и реализована опытно-промышленная установка (ОПУ), принципиальная схема которой изображена на рис. 4.1.
Согласно схеме на рис. 4.1 газы после очистки от золы направляются в абсорбционные аппараты ОПУ, а именно в коагулятор Вентури. Объем обрабатываемого газа составляет 10 тыс. м³/ч. Одновременно в конфузоры труб Вентури через форсунки 3 вводится озонированный воздух (400 м³/ч) и погло тительный раствор в количестве 0,5 л/м² газа.
При контакте газов с озоном происходит окисление NO в NO2. сопровождающееся поглощением SO2 и NO₂ каплями распыленной с помощью форсунок жидкости с образованием сернисто- и азотнокислых солей.
Далее дымовые газы проходят каплеуловитель 2, после которого очищенные дымовые газы отводятся в дымовую трубу, а раствор стекает в циркуляционную емкость 4, куда вводится аммиачная вода насосом 13 из емкости 12 в таком количе стве, чтобы обеспечивать в растворе необходимый диапазон рН (5.0-6.5)
Схема опытно-промышленной установки на рис. 4.1.
Затем раствор из емкости 4 вновь подается на орошение газов. Циркуляция поглотительного раствора осуществляется до тех пор, пока концентрация солей не достигнет заданной величины. Тогда часть раствора выводится для окончательной нейтрализации в емкость 14, а в циркуляционную емкость 4 добавляется соответствующее количество воды.
Озон, необходимый для окисления NO, вырабатывается из воздуха в озонаторной установке ОП-510 производительностью 6 кг/ч озона при концентрации 20 г/м³.
В процессе работы исследователи МТИ определили основные технико-экономические показатели процесса: SS02 - эффективность очистки газов от S*O2 nΝΟ2 эффективность очистки газов от Эony - энергозатраты на процесс.
В процессе работы проверялись все основные параметры процесса очистки: концентрации реагирующих газов, темпера- тура, давление, мощность, потребляемая озонатором, и т. д. Для определения концентрации SO2, NO2, O3 использовались стандартные методики. Авторы работ проверили пути расхода озона при очистке. Надо подчеркнуть, что согласно схеме рис. 4.1 озон вводится в поток выбросных газов в точке 3 и в начальный момент имеет место чисто газофазная реакция озона и оксидов. Определение концентрации NO2 и SO2 в газовой фазе показало, что окисление оксидов азота протекает согласно реакции
NO + O3 -> NO2+ O2
(4.1)
а концентрация SO2 меняется (рис. 4.2).
Отметим, что отсутствие взаимодействия озона и двуокиси серы в газовой фазе является хорошо установленным фактом.
Озон, необходимый для окисления NO, вырабатывается из воздуха в озонаторной установке ОП-510 производительностью 6 кг/ч озона при концентрации 20 г/м³.
В процессе работы исследователи МТИ определили основные технико-экономические показатели процесса: SS02 - эффективность очистки газов от S*O2 nΝΟ2 эффективность очистки газов от Эony - энергозатраты на процесс.
В процессе работы проверялись все основные параметры процесса очистки: концентрации реагирующих газов, темпера- тура, давление, мощность, потребляемая озонатором, и т. д. Для определения концентрации SO2, NO2, O3 использовались стандартные методики. Авторы работ проверили пути расхода озона при очистке. Надо подчеркнуть, что согласно схеме рис. 4.1 озон вводится в поток выбросных газов в точке 3 и в начальный момент имеет место чисто газофазная реакция озона и оксидов. Определение концентрации NO2 и SO2 в газовой фазе показало, что окисление оксидов азота протекает согласно реакции
NO + O3 -> NO2+ O2
(4.1)
а концентрация SO2 меняется (рис. 4.2).
Отметим, что отсутствие взаимодействия озона и двуокиси серы в газовой фазе является хорошо установленным фактом.
Приведенное в работе выражение для степени окисления NO, согласно реакции (4.1), имеет вид
B oкиcл (t) = [1-( [NO]0 - [O3 ]0)/[NO]0 - [O3]0 exp \{-K1([NO]0 -[O3 ]0)t} *100\% (4.2)
где [NO]0 и [O3]0 начальные концентрации окислов азота и озона; K1- константа скорости реакции (4.1).
Выражение (4.2) имеет экспоненциальный характер, и при t -> ∞
Вокисл mах [O3]0/[NO]0-100%. (4.3)
При возможном расходе озона 0.2-1.4 г/г NO теоретическое время полного окисления NO до NO2 составляет (1,6-5,6) 10- 2 cоответственно.
Введение в абсорбционный аппарат орошающего раствора значительно усложняет химию процесса за счет протекания жидкофазных процессов в каплях орошающей жидкости.
На рис. 4.3 показаны зависимости эффективности очистки выбросного газа от SO2 и NO2 от удельного расхода озона при трех режимах очистки, отличающихся значением времени контакта реагирующих веществ и рН поглотительного раствора. Видно, что во всех случаях с увеличением расхода озона в диапазоне 0 - 0.2г/м3 подаваемого в абсорбционный аппарат, возрастает степень очистки газов не только от NO2 но и от SO2. Это изме нение betaSO2 связано с процессами, протекающими в жидкой фазе, при этом содержанием озона в жидкости можно пренебречь, поскольку его растворимость при температуре поглотительного раствора (40 - 500C) очень мала.
B oкиcл (t) = [1-( [NO]0 - [O3 ]0)/[NO]0 - [O3]0 exp \{-K1([NO]0 -[O3 ]0)t} *100\% (4.2)
где [NO]0 и [O3]0 начальные концентрации окислов азота и озона; K1- константа скорости реакции (4.1).
Выражение (4.2) имеет экспоненциальный характер, и при t -> ∞
Вокисл mах [O3]0/[NO]0-100%. (4.3)
При возможном расходе озона 0.2-1.4 г/г NO теоретическое время полного окисления NO до NO2 составляет (1,6-5,6) 10- 2 cоответственно.
Введение в абсорбционный аппарат орошающего раствора значительно усложняет химию процесса за счет протекания жидкофазных процессов в каплях орошающей жидкости.
На рис. 4.3 показаны зависимости эффективности очистки выбросного газа от SO2 и NO2 от удельного расхода озона при трех режимах очистки, отличающихся значением времени контакта реагирующих веществ и рН поглотительного раствора. Видно, что во всех случаях с увеличением расхода озона в диапазоне 0 - 0.2г/м3 подаваемого в абсорбционный аппарат, возрастает степень очистки газов не только от NO2 но и от SO2. Это изме нение betaSO2 связано с процессами, протекающими в жидкой фазе, при этом содержанием озона в жидкости можно пренебречь, поскольку его растворимость при температуре поглотительного раствора (40 - 500C) очень мала.
Возможное объяснение факта зависимости увеличения betaSO2 от расхода озона может быть связано с взаимодействием в растворе ионов NO2 и HSO3-. При подаче в газы озона происходит образование NO2 по реакции (4.1). При последующем растворении NO2 в каплях орошаемого раствора возникают нитрат- и нестойкие нитритионы. Последние взаимодействуют с HSO3- с образованием сложных азотисто-сернистых соединений, причем эти реакции успевают достаточно эффективно пройти за 0,5 с; именно такие времена реализуются в коагуляторе Вентури.
На основании проведенных исследований определена оптимальная величина расхода озона, которая составляет 1,1- 1.2 г/г NО, или 0,7-0,8 долей от стехиометрически необходимого для полного окисления NO в соответствии с уравнениями реакции (4.1).
Одновременно установлено, что не происходит существенного загрязнения атмосферы выбросами непрореагировавшего озона. Использование обычных установок для устранения остаточного озона вполне достаточно.
Интересными и достаточно глубокими представляются результаты исследований ученых Московского теплотехнического института по надежности различных конструкционных материалов. Анализ статистики отказов и неполадок на ОПУ выявил основное слабое место разрабатываемого озоно-аммиачного способа: около 90% всех неполадок связаны с коррозией. Установлено, что ни сталь-3, ни нержавеющая сталь 12Х18Н10Т (наиболее распространенные материалы в современном химическом машиностроении) не могут употребляться в качестве конструкционного материала для циркуляционного контура без дополнительной химзащиты, так как скорость коррозии для сталь-3 составляет 6 - 10мм/год, а для стали 12Х18Н10Т ≈0,1-0,2 мм/год. В качестве защитных покрытий могут быть рекомендованы кислостой кие эмали для трубопроводов и емкостей и эпоксидные смолы для защиты абсорбционного аппарата.
Очень существенными были выводы авторов [по техни коэкономическим показателям метода. Основной вывод: 90% об- щих затрат энергии связано с системой выработки озона
Сопоставляя технико-экономические возможности различных вариантов газоочистки газов ТЭС, авторы подчеркивают:
Необходимо отметить, что озонатор ОП-510. используемый в работе. одна из первых разработок института «Ленний-Химмаш» (г. Дзержинск), который выпускался «Заводом Курган- Химмаш» начиная с 1960-х годов. Аппарат имеет энергорасход на производство озона 25 кВтч/кг. Современные мощные озонаторы, работающие на отбелке целлюлозы, синтезируют озон значительно более высокой концентрации при энергетической цене 12-14 кВт-ч/кг.
Оставляя в стороне надежность и уровень автоматизации современного озонаторного оборудования, величина 2.5-3.0% от мощности станций представляется более чем реальной.
Кроме того, большим преимуществом озоно-аммиачного метода является то, что конечным продуктом являются комплексные аммонийные соединения, используемые в сельском хозяйстве, Остается только сожалеть, что столь перспективный метода газоочистки остается по ряду причин невостребованным, тем более в настоящее время, когда перспектива использования угля или мазута вместо газа становится все более реальной
На основании проведенных исследований определена оптимальная величина расхода озона, которая составляет 1,1- 1.2 г/г NО, или 0,7-0,8 долей от стехиометрически необходимого для полного окисления NO в соответствии с уравнениями реакции (4.1).
Одновременно установлено, что не происходит существенного загрязнения атмосферы выбросами непрореагировавшего озона. Использование обычных установок для устранения остаточного озона вполне достаточно.
Интересными и достаточно глубокими представляются результаты исследований ученых Московского теплотехнического института по надежности различных конструкционных материалов. Анализ статистики отказов и неполадок на ОПУ выявил основное слабое место разрабатываемого озоно-аммиачного способа: около 90% всех неполадок связаны с коррозией. Установлено, что ни сталь-3, ни нержавеющая сталь 12Х18Н10Т (наиболее распространенные материалы в современном химическом машиностроении) не могут употребляться в качестве конструкционного материала для циркуляционного контура без дополнительной химзащиты, так как скорость коррозии для сталь-3 составляет 6 - 10мм/год, а для стали 12Х18Н10Т ≈0,1-0,2 мм/год. В качестве защитных покрытий могут быть рекомендованы кислостой кие эмали для трубопроводов и емкостей и эпоксидные смолы для защиты абсорбционного аппарата.
Очень существенными были выводы авторов [по техни коэкономическим показателям метода. Основной вывод: 90% об- щих затрат энергии связано с системой выработки озона
Сопоставляя технико-экономические возможности различных вариантов газоочистки газов ТЭС, авторы подчеркивают:
- - известково-известняковые методы (мокрый известковый, распылительная абсорбция) имеют стоимостной энергетический показатель порядка 21-52 руб/кВт и 1.5-3.2 млн руб/год (речь идет о капитальных вложениях и эксплуатационных расходах соответственно);
- - циклические способы (динамично-циклический, магнезитовый): здесь ценовой уровень 52-81 руб/кВт и 33-37 млн руб/год соответственно:
- - озоно-аммиачный метод по энергозатратам занимает про- межуточное положение (75% от мощности электростанции) между циклическими (10-16%) и известково-известняковыми (1.5-3.7%) методами.
Необходимо отметить, что озонатор ОП-510. используемый в работе. одна из первых разработок института «Ленний-Химмаш» (г. Дзержинск), который выпускался «Заводом Курган- Химмаш» начиная с 1960-х годов. Аппарат имеет энергорасход на производство озона 25 кВтч/кг. Современные мощные озонаторы, работающие на отбелке целлюлозы, синтезируют озон значительно более высокой концентрации при энергетической цене 12-14 кВт-ч/кг.
Оставляя в стороне надежность и уровень автоматизации современного озонаторного оборудования, величина 2.5-3.0% от мощности станций представляется более чем реальной.
Кроме того, большим преимуществом озоно-аммиачного метода является то, что конечным продуктом являются комплексные аммонийные соединения, используемые в сельском хозяйстве, Остается только сожалеть, что столь перспективный метода газоочистки остается по ряду причин невостребованным, тем более в настоящее время, когда перспектива использования угля или мазута вместо газа становится все более реальной
2025 / 01 / 14
Автор книги "Теория и практика получения и применения озона"
В.В. Лунин, Самойлович, В.Г., С.Н. Ткаченко, И.С. Ткаченко
В.В. Лунин, Самойлович, В.Г., С.Н. Ткаченко, И.С. Ткаченко
По вопросам и предложениям свяжитесь с нами любым удобным способом
Телефон: 8 (800) 775-28-45
E-mail: info@ozonbox.pro
Соцсети: Вконтакте | Rutube
Телефон: 8 (800) 775-28-45
E-mail: info@ozonbox.pro
Соцсети: Вконтакте | Rutube