Обговорення користувача:Anyagreeneyes

ВСТУП

Актуальність роботи. Екологічний стан багатьох районів нашої країни викликає законну тривогу суспільства. У численних публікаціях показано, що в багатьох регіонах нашої країни спостерігається стійка тенденція до багаторазового, у десятки і більш раз перевищенню санітарно-гігієнічних норм по вмісту в атмосфері окислів вуглецю, азоту, пилу, токсичних з'єднань металів, амінів і інших шкідливих речовин. Через постійне забруднення атмосферного повітря, поверхневих і підземних вод, ґрунтів, рослинності відбувається деградація екосистем, скорочення продуктивних можливостей біосфери. Забруднення середовища проживання шкідливо відбивається на здоров'ї людей, приносить значні збитки народному господарству. Загальні викиди двоокису азоту оцінюються в 6,5х108 т/рік, викиди сірки складають 2,4х108 т/рік, промисловість викидає 5,2х107 т/рік усіляких відходів. Технологія виробництва електроенергії на ТЕС з використанням органічних палив пов'язана з перетворенням практично всіх витрачених матеріальних ресурсів і більшої частини енергії палива у відходи, викидаються в навколишнє середовище. Основні енергетичні ресурси у світі сьогодні-вугілля (40%), нафта (27%), газ (21%). Проблема забезпечення енергетичної ефективності та екологічної безпеки енергетичних об'єктів є багатоцільовою та багатозначною. Це пов'язано з необхідністю визначення рівня використання паливно-енергетичних ресурсів, технічного стану обладнання енергооб'єктів, із застосуванням природоохоронних заходів і т.д. Мета і задачі дослідження – створити установку для повного рециклінгу спалювання вугілля. Рециклінг – це повторне використання відходів. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

• оцінити шкідливість продуктів згоряння вугілля для навколишнього середовища;
• проаналізувати існуючі види фільтрації димових газів;
• створити установку для повного рециклінгу згоряння бурого вугілля.

Об’єктом дослідження є процес згоряння палива на ТЕС, процеси фільтрації та рециклінгу димових газів. Предмет дослідження - технологія згоряння бурого вугілля, очистка газів за допомогою циклона, установки SNOx та улавлювання вугільного пилу Методи дослідження включають у себе теоретичний аналіз наукових джерел, установок, методів винахідництва та конструювання для технологічного процесу на ТЕС

РОЗДІЛ 1 ДИМОВІ ГАЗИ ЯК ЗАГРОЗА НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩУ

1. Шкідливість продуктів згоряння вугілля для навколишнього середовища

Погіршення екологічного стану довкілля в Україні є на сьогодні однією з найгостріших соціально-економічних проблем, що прямо чи опосередковано стосуються кожної людини. У сучасних умовах вона стала предметом особливої уваги органів влади на загальнодержавному, регіональному та місцевому рівнях, громадських рухів та засобів масової інформації. Формування засад державної екологічної політики України як незалежної держави, розвиток цієї політики в останнє десятиріччя відбувалися з урахуванням реальної соціально-економічної ситуації в українському суспільстві та фактичного стану її господарського комплексу, який у кінці минулого і на початку нинішнього століття все ще перебував у глибокій кризі. Тривалий час економіка України будувалася централізовано з величезними структурними диспропорціями. Малоефективна економічна система створювала умови для нераціонального використання практично всіх сировинних речовин і матеріалів, надмірного споживання енергії, не визнавала реальної вартості більшості природних ресурсів, слабко заохочувала до їх збереження та ощадливого використання. Диспропорції в розміщенні продуктивних сил і засобів виробництва протягом тривалого часу за умов командно-адміністративної системи призвели до того, що рівень техногенного навантаження на природне середовище в Україні і донині перевищує аналогічний показник у розвинених європейських країнах у 4–5 разів. У промисловому секторі значна частка виробництва припадає на гірничодобувні, металургійні, хімічні підприємства-гіганти. Використання в багатьох випадках застарілих технологій та обладнання, украй висока концентрація потенційно небезпечних промислових об'єктів в окремих регіонах, велике спрацювання технічних фондів підприємств зумовлюють високу ймовірність критичного забруднення різних об'єктів довкілля з непередбачуваними для нього наслідками. Майже 70 років тому при розвитку вітчизняної індустрії ставку зробили на великі ТЕС. Технологія виробництва електроенергії на ТЕС з використанням органічних палив пов'язана з перетворенням практично всіх витрачених матеріальних ресурсів і більшої частини енергії палива у відходи, викидаються в навколишнє середовище. На сучасному етапі проблема взаємодії енергетики і навколишнього середовища набула нових рис, поширюючи свій плив на величезні території, більшість річок і озер, величезні обсяги атмосфери і гідросфери Землі. Ще більш значні масштаби енергоспоживання в доступному для огляду майбутньому зумовлюють подальше інтенсивне збільшення різноманітних впливів на всі компоненти навколишнього середовища у глобальних масштабах. [1] ТЕС працюють на органічному паливі, в якості якого використовують порівняно дешеві вугілля та мазут. Ці види палива - вичерпні природні ресурси. Основні енергетичні ресурси у світі сьогодні-вугілля (40%), нафта (27%), газ (21%). Однак цих запасів, за деякими оцінками, вистачить, відповідно, на 270, 50 і 70 років, і це за умови, що людство буде витрачати їх з тією ж швидкістю, що й сьогодні . Спалювання палива на ТЕС пов'язане з утворенням продуктів згорання: 57% сірки, 41% твердих залишків, 2% - газоподібні продукти неповного згоряння. Так як не вистачає якісного палива, ТЕС працюють на неякісному. У процесі згоряння такого палива утворюються забруднюючі речовини, які виводяться в атмосферу з димом і потрапляють в грунт з золою. Крім того, що ці викиди несприятливо впливають на навколишнє середовище, продукти згоряння викликають випадання кислотних опадів і парниковий ефект, що загрожує нам засухами.

Одним з факторів впливу вугільних ТЕС на навколишнє середовище є викиди систем складування палива, його транспортування, пилеприготування і золовидалення [2]. При транспортуванні та складуванні можливо не тільки пилової забруднення, але і виділення продуктів окислення палива. Крім того, відбувається значне теплове забруднення водойм при скиданні в них теплої води, що супроводжує ланцюговим природним реакцій: заростання водойм водоростями, порушення кисневого балансу, що створює загрозу для життя мешканців річок і озер. Основними факторами впливу ТЕС на гідросферу є викиди теплоти, наслідком яких можуть бути: постійне локальне підвищення температури у водоймі; тимчасове підвищення температури; зміна умов льодоставу, зимового гідрологічного режиму; зміна умов паводків; зміна розподілу опадів, випарів, туманів. Крім основних компонентів, що утворюються в результаті спалювання органічного палива (вуглекислого газу і води), викиди ТЕС містять пилові частки різного складу, оксиди сірки, оксиди азоту, фтористі сполуки, оксиди металів, газоподібні продукти неповного згоряння палива. Їх вступ до повітряне середовище завдає великої шкоди, як всіх основних компонентів біосфери, так і підприємствам, об'єктів міського господарства, транспорту і населенню міст. Наявність пилових частинок, оксидів сірки зумовлено вмістом в паливі мінеральних домішок, а наявність оксидів азоту - частковим окисленням азоту повітря в високотемпературному полум'я. Вплив на тваринний і рослинний світ надає забруднення атмосфери окисом сірки , яка руйнує хлорофіл рослин, може призвести до пошкоджень листя і хвої.

1. Існуючі види фільтрації димових газів

До найбільш крупних джерел викидів в атмосферу твердих частинок відносяться теплоелектростанції, промислові та опалювальні котельні, які працюють на вугіллі. Тверді частинки, що викидаються топками котелень, являють собою суміш сажі (незгорілі частинки вугілля або інших видів палива; їх розміри біля 1 мм, вони дуже легкі, але можуть з'єднуватися між собою у великі конгломерати, видимі неозброєним оком), диму (аеродисперсні системи, що складаються з частинок розміром від 0,1 до 10 мкм; щільність димів дуже низька, а складові їх частки майже завжди окислені) та пилу (складається з частинок вугілля, золи або породи). Терміном пил звичайно прийнято позначати всі три перерахованих вище виду твердих частинок. Чим менше розміри часток, тим повільніше вони осідають в атмосфері. Пристрої для уловлювання пилу поділяються на механічні, в яких частки відділяються за допомогою сил тяжіння, інерції або відцентрової сили; мокрі, або гідравлічні, в яких частки в газоподібному середовищі вловлюються рідиною; фільтри з пористим фільтруючим шаром, електрофільтри, в яких частки осаджуються за рахунок іонізації.

1. 1. Циклони

У промисловості найбільш поширеними апаратами з використанням відцентрової сили є циклони. Для оберігання від зношення застосовується покриття із синтетичних матеріалів та високоміцних сплавів, які добре чинять опір дії пилу. У знепилюючих пристроях мокрого типу запилений газовий потік стикається з рідиною, а саме із зрошуваними нею поверхнями. В якості змочувальної рідини використовують чисту воду чи воду із змочувальними добавками. При цьому пилова частинка захоплюється поверхнею стікаючого потоку та видаляється у вигляді шламу. Розбризкування рідини та електростатичне притягання підвищують якість знепилювання. Простою та ефективною конструкцією мокрого пиловловлювача є скрубер, в якому запилений потік проходить через ряд перерізів, забезпечених зрошувальною системою. [3]

1. 1. Електрофільтри

Електрофільтри – прилади, в яких очищення газів від зважених в них твердих або рідких частинок відбувається під дією електричних сил. Для цього часткам надається електричний заряд в полі коронного розряду. Коронний розряд – одна з форм самостійного електричного розряду, що виникає в сильно неоднорідних електричних полях. Проявляється він у вигляді світіння іонізованого газу в приелектродній області. У полі коронного розряду молекули повітря іонізуються та при русі віддають свої заряди пилинкам, які під дією електричного поля рухаються до електродів і, осідаючи на них, втрачають свій заряд. Далі за допомогою ударного механізму струшуються електроди та частинки, що відокремилися від них під дією сили тяжіння, потрапляють в бункер. [3]

1. 1. Повторне вдування димових газів

Наступний метод набув поширення наприкінці 70-х років ХХ ст. і з тих пір широко застосовується в котельній техніці. Зазвичай димові гази з температурою 300–400°С відбираються перед повітропідігрівником та спеціальним рециркуляційним димососом подаються в топкову камеру. У результаті максимальна температура в топці знижується на 120–130 °С та, крім того, падає концентрація кисню в зоні горіння, що також зменшує утворення паливних NOх. При цьому ККД котла знижується порівняно мало (0,01–0,03% на 1% рециркуляційних газів). Найбільше поширення отримало введення димових газів рециркуляції в суміші з дуттьовим повітрям. Подача рециркуляційних газів з паливом більш ефективно знижує вихід оксидів азоту, ніж підмішування їх у дуттьове повітря. При однаковій мірі рециркуляції, наприклад при спалюванні газу, в першому випадку вихід NOх знижується на 45,4%, а у другому – на 22,7%. Це має істотне значення, оскільки застосування рециркуляції призводить до зниження ККД котлів пропорційно кількості поданих газів рециркуляції. Так, при збільшенні ступеня рециркуляції з 20 до 30% ККД котла знижується відповідно на 0,5 і 0,75% [4].

1. 1. Термоокислення

Термічне окислення не є активним, турбулентним спалюванням. Це є газифікація. Не використовується додаткове паливо, окрім тільки для запуску процесу термоперетворення. Цей послідовний процес знищення відходів інтегрує повільний піроліз та довготривалу експозицію при помірній температурі. Це з‘єднує його з високо температурним . Опис системи: Конфігурація, яка часто використовується, являє собою комбінацію з двох основних поєднаних камер, які мають загальну форсажну камеру. Коли одна камера готова для термопереробки, окислення починається в той час, як друга камера очищається від золи та вторинної сировини і перезавантажується відходами. Управління автоматично координує камери через етапи вигоряння до охолодження. Загальний цикл процесу в обох камерах завершується кожні 24 години. Відходи, що вводяться в первинну камеру, несортовані та знаходяться в тому стані, в якому отримані. Немає необхідності в попередній обробці, підготовки або сортуванні сміття. Потім первинна камера щільно закривається і з допоміжних пальників вводиться полум'я (природний газ, пропан або дизельне паливо) протягом короткого періоду. Пальники працюють до згоряння навколишнього повітря у первинній камері та досягнення температури в середовищі близько 550º С. Як тільки необхідна температура досягнута, пальники автоматично відключаються. Процес знищення відходів прогресує від вершини відвалу до його низу. Розташовані у верхній частині відходи підігріваються доти доки їх температура не досягне своєї точки випаровування, що відбувається при відносно низьких температурах для органічних сполук. Цей газоподібний пар відводиться в розігріту форсажну камеру, де він змішується з повітрям і згоряє при високій температурі. Високомолекулярна вагова частка зв'язаного вуглецю відходів залишається в первинній камері та термоперетворюється дуже повільно, але повністю, завдяки находження тривалий час під впливом температури і кисню. Найбільш важлива операційна характеристика термоокислювальної первинної великої камери є «спокійна» низька температура середовища. Це зводить до мінімуму викиди твердих часток, важких металів і багатьох шкідливих газів. Низька температура навколишнього середовища також приводить до ліквідації скляних шлаків та зменшує витрати на утримання вогнетривких панелів й технічне обслуговування системи. Процес перетворення відбувається в первинній камері протягом приблизно від 10 до 15 годин в залежності від типу відходів (з деяким відхиленням для двох камер). [4]

РОЗДІЛ 2 РЕЦИКЛІНГ ДИМОВИХ ГАЗІВ

1. Елементний аналіз домішок бурого вугілля

Препарати: • Вугілля • Зола Попередня обробка - препарати нагріті в муфельній печі при 900 С. Час ізотермічної витримки - 1 година. Метод аналізу - рентгеноспектральний мікроаналізатор [6] Область аналізованих елементів: від азоту (порядковий номер по таблиці Менделеєва № 7) до урану (№ 92) [5] Таблиця 2 Елемент Склад по елементам, % препарата Оксид Склад по оксидам, % препарата №1 №2 №1 №2 Mg 2,891 0,410 MgO 4,794 0,679 Al 14,569 9,095 Al2O3 27,529 17,186 Si 9,655 33,428 SiO2 20,655 71,509 P 0,000 0,000 P2O5 - - S 11,490 1,917 SO3 17,224 2,874 Ca 12,514 1,520 CaO 17,510 2,126 Ti 1,246 0,449 TiO2 2,079 0,748 Cr 0,262 0,038 Cr2O3 0,343 0,049 Fe 7,663 3,370 Fe2O3 9,859 4,335 Na - 0,089 NaO - 0,120 K - 0,305 KO - 0,367 V - - V2O3 - - O 39,701 49,375 - - - Всього 99,992 99,996 Всього 99,992 99,996

1. Принцип роботи системи спалювання та очистки димових газів
   1. Підготовка твердого палива та процес горіння

Вивчивши властивості твердого палива, було виявлено, що подрібнене вугілля є більш енергораціональним для спалювання на ТЕС. Установка для газифікації вугілля (дод 2) складається з вугільної мельниці (розмелює до дрібного стану), повітряного сепаратору (для відокремлення азоту від кисню) та газифікатору(дод 4). Використовується розмелення вугілля до стану за допомогою мельниці. Подрібнене вугілля просушується до t 70 С, покривається тонким водним аерозолем та дозовано подається у реакційну камеру. Вугільна суміш реагує з киснем, що попередньо відділений від азоту за допомогою повітряного сепаратора. Газовугільна суміш буде займатися та горіти у киплячому шарі. Для старту процесу горіння достатньо іскри. Майже все сміття (пластмаса, побутові й харчові відходи) горять. Це вирішує ще одну проблему навколишнього середовища. Тому для отримання тепла до вугілля можемо додавати сміття. [6] При вибухові виділяється 3000 МВт енергії у вигляді газів, нагрітих до t 540-580 C з тиском 200 КПа. Рух цих газів створює ударну хвилю, яка розповсюджується в навколишньому середовищі зі швидкістю 2 м/с. Вироблене тепло потрапляє в теплообмін із економайзерами в яких циркулює вода. Навколо топки, газовідводних труб та інших установок встановлюються змійовики-теплообмінники з рідиною, яку потім можна використовувати для опалення житлових будівель. Залишок пилового газу, що має температуру (100-300°С) направляється в димовідводну трубу, де проходить 3 ступені очистки.

1. 1. Очистка твердих залишків тангенціальним циклоном

Тангенціальний циклон очищує димовий газ від твердих залишків (дод 3). Циклон – установка для відділення твердих часток димового газа, центробіжний пиловловлювач, конструктивні елементи якого забезпечують обертально-поступальний рух газового потоку. Знепилюючий газ надходить в циліндрічну частину апарату, що утворює кільцевий простір, де рухається по спіралі зі зростаючою швидкістю від периферії до центру, спускається по зовнішній спіралі, потім піднімається по внутрішній і виходить через димовідвідну трубу. Під дією відцентрової сили частки пилу (до 6 мм) відкидаються до стінки циклона і разом з частиною газу потрапляють в бункер. Частина газу, що звільнилася від пилу, повертається з бункера в циклон через центр пилевідводного отвору, даючи початок внутрішнього вихору. Відділення частинок від газу відбувається при зміні напрямку їх руху на 180 ° під дією сил інерції. У міру руху даної частини газу в бік вихлопної труби до них приєднуються порції газу, який не потрапив в бункер. Це не викликає істотного збільшення виносу пилу в трубу, тому що розподілене на досить великому відрізку довжини циклона перетікання газу відбувається зі швидкістю, недостатньою для протидії рухові частинок до периферії апарату. Завдяки невисокій вартості, простоті пристрою і обслуговування, порівняно невеликому гідравлічному опору та високій продуктивності циклони є найбільш поширеним типом сухих механічних пиловловлювачів. [7]

1. 1. Установка SNOx

На шляху виходу газових продуктів спалення пропонується встановити рефракторні колонки, в яких відбувається очистка газу від двооксиду азоту, сірки , фурану та інших речовин до стану 0.1*10-9г, які потім можна використовувати для повторного застосування [8]. SNOx дозволяє видаляти 94-96% сірки та близько 95% оксиду азота в димовому газі. У ході процесу NO реагує з аміаком для отримання азота. У другій рефракторній колонці SO2 окисляється до SO3 і виділяється концентрована , технічно чиста (93-97%) сірна кислота. SO3 реагує з водою для отримання газоподібної сірної кислоти. (дод. 4) Послідовно відбуваються такі реакції: NO+NH3+1/4 O2 = N2+1,5 H2O+410 КДж/моль ; SO2+1/2 O2 = SO3+98 КДж/моль ; SO3+H2O = H2SO4 (газ) +100 КДж/моль. Пари сірної кислоти та прореагований з аміаком азот конденсуються і концентруються у рефракторних колонках, які періодично очищуються. Отриманий азот та сірка транспортуються для подальшого використання в хімічній промисловості.

ВИСНОВКИ

Проблема запобігання забрудненню навколишнього середовища від ТЕС є першочерговою в охороні навколишнього середовища, оскільки основними відходами енергетичного виробництва є газоподібні продукти. Для очищення димових газів на ТЕС застосовують електрофільтри, мокрі золовловлювачі з трубами Вентурі, батарейні циклони та термоокислювальні камери. Але дані установки не є досконалими, тому пропонується повний рециклінг димових газів. Принцип роботи даної установки полягає в універсальному спалюванні вугілля та його 3-х ступеневій очистці. Вугілля подрібнюється до дрібної фракції за рахунок подрібнення мельницею, просушується до t 70 С, покривається тонким водним аерозолем і дозовано подається в камеру згоряння. У топці подрібнене вугілля реагує з киснем і згоряє.. При такому процесі виділяється велика кількість енергії у вигляді нагрітих газів до t 540-580 С. Отримане тепло вступає в теплообмін з економайзерами та віддає енергію нагрітих газів. Димовий газ має такі складові: 57% - сірка, 41% - тверді залишки, 2% - інші. У даній установці передбачено 3 ступені очистки: тангенціальний циклон, конденсатор та пилевловлювач . Очистка у циклоні забезпечується центробіжною силою вихрового потоку та осідання твердих частинок (до 6 мм) у бункері. Конденсатор SNO2 очищує димовий газ від оксидів азоту та сірки. Азот та сірка транспортуються для подальшого використання у хімічній промисловості. Очищення від пилу відбувається за допомогою електростатичного поля. Встановивши металеві пластини навколо труби та в землі, Сонце як будь-яка променева матерія віддає позитивний заряд металевому прошарку. Земля у даному випадкові є негативним зарядом. З’єднавши провідниками ці дві пластини, отримуємо електростатичне поле. Таким чином закручені у вихровому потоці частинки намагнічуються та прилипають до металу.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Відходи виробництва і споживання та їх вплив на ґрунти і природні води : Навчальний посібник / За ред. В.К. Хільчевського. – К.: Видавничо-поліграфічний центр "Київський університет", 2007. – 152 с
2. Х.О. Сивик. Рецензент – член редколегії «Вісник ЖНАЕУ», д.с.-г.н. В.П. Славов. «Оцінка забруднення атмосферного повітря від діяльності добротвірської теплоелектростанції»
3. «Електроенергетика та охорона навколишнього середовища. Функціонування енергетики в сучасному світі» Кудря С.О.– д-р техн. наук, заст. директора Інституту відновлювальної енергетики НАН України (ч. 1, розділ 1, 2.1–2.3, розділ 3)
4. «Електроенергетика та охорона навколишнього середовища. Функціонування енергетики в сучасному світі» Плачков І.В. (ч.5, розділ 4)
5. Результаты анализа препаратов ГКХ «Александрияуголь», 2002 р.
6. New Scientist, November 20, 1973. Дедал.
7. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/5181.html
8. «Процесс TOPSQE SNOx по удалению из жимового газа азота т образующихся окислов серы» Peter Schoubye, Per Morsing, and R. Bendixen