3067

М И Н О Б Р Н А У К И Р О С С И И Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. Ю. Чадов

Защита атмосферы от выбросов топливосжигающих установок

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим занятиям

(включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению расчетно-графических работ)

для обучающихся по дисциплине «Защита атмосферы от выбросов топливосжигающих установок»

по направлению подготовки 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника профиль Промышленная теплоэнергетика

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

УДК 620.9.

Чадов А.Ю. Защита атмосферы от выбросов топливосжигающих установок.: учеб.- метод. пос. /А.Ю.Чадов; Нижегородский государственный архитектурно - строительный университет. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2022. – 15 с; ил. – Текст: электронный .

В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Защита атмосферы от выбросов топливосжигающих установок» даются конкретные рекомендации студентам для освоения как основного, так и дополнительного материала дисциплины и тем самым способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебно-методического пособия — это помощь в усвоении лекций, в подготовке к практическим занятиям, а также в написании расчетно-графических работ.

Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Защита атмосферы от выбросов топливосжигающих установок» по направлению подготовки 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника, профиль Промышленная теплоэнергетика.

© А.Ю. Чадов, 2022 © ННГАСУ, 2022

Оглавление

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины «Защита атмосферы от выбросов топливосжигающих установок» являются:

формирование знаний по основным методам защиты воздушного бассейна от выбросов стационарных топливосжигающих установок и экозащитному оборудованию;

умений выбрать схему очистки от вредных выбросов на основе экологической оценки и подобрать перспективное экозащитное оборудование для снижения загрязнения воздушного бассейна

В процессе освоения дисциплины студент должен Знать:

особенности топливосжигающих установок с позиции загрязнения окружающей среды.

информацию о токсичности выбросов систем теплоэнергетики и методах ее снижения.

условные обозначения и особенности выполнения проектных работ в данной области.

Уметь:

с помощью автоматизированных систем проектирования и соответствующих компьютерных программ решать поставленные инженерные задачи.

выполнить экологическую оценку систем промышленной теплоэнергетики.

получать и обрабатывать информацию о способах снижения загрязнения окружающей среды. Владеть:

навыками и способами оценки экологических проблем промышленной теплоэнергетики;

компьютерными программами по расчету и подбору соответствующих агрегатов и оборудования.

информационными ресурсами с целью решения экологических проблем.

Данная дисциплина позволит студентам не только систематизировать полученные теоретические знания, укрепить исследовательские навыки, но и даст возможность ориентироваться в выборе оборудования для защиты атмосферы от выбросов топливосжигающих установок.

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины «Защита атмосферы от выбросов топливосжигающих установок» сгруппирован по следующим разделам:

1. Технологические методы подавления образования вредных веществ в топливосжигающих установках

Снижение образования оксидов азота в топочной камере: ступенчатое сжигание, рециркуляция, ввод воды и пара в топочную камеру, специальные горелочные устройства. Режимно-наладочные испытания котлов и печей с целью снижения СО, сажи, бенз/а/пирена. Эколого-технологические режимные карты.

2. Технологические методы подавления образования вредных веществ в энергетических установках

Методы снижения образования оксидов серы в топочных камерах. Способы снижения содержания серы в твердом и жидком топливе.

3. Методы очистки вредных выбросов в атмосферу от топливосжигающего оборудования

Термическое обезвреживание. Дожигание. Каталитическая очистка. Катализаторы. Каталитические реакторы.

4. Методы очистки вредных выбросов топливосжигающего энергетического оборудования

Термохимические методы восстановления оксидов азота. Гомогенное и каталитическое восстановление. Сорбционная очистка. Адсорбция. Абсорбция. Хемосорбция. Сорбенты. Схемы сухой очистки от твердых частиц. Схемы мокрой очистки от твердых частиц.

5. Экозащитное оборудование для топливосжигающих установок

Классификация. Оборудование для очистки продуктов сгорания от твердых частиц. Оборудование для термического обезвреживания выбросов. Дожигательные устройства. Каталитические реакторы. Камеры термического обезвреживания. Оборудование для сорбционных процессов. Адсорберы. Абсорберы.

6. Экологическая оценка энергетической установки

Источники выброса вредных веществ. Классификация. Определение расхода выбросов и массы вредных веществ энергетической установкой. Расчет распределения в атмосфере выбросов от дымовых труб.

7. Атомные станции. Методы снижения загрязнения воздушного бассейна при использовании ядерного топлива

Физико-химические и гигиенические свойства вредных веществ в выбросах атомных станций. Методы очистки вентиляционных выбросов атомных станций. Схемы очистки выбросов.

8. Комплексные схемы очистки выбросов топливосжигающих установок

Сочетание оборудования в комплексных схемах для очистки от газообразных вредных веществ. Сочетание оборудования в комплексных схемах для очистки от твердых частиц.

2. Методические указания по подготовке к лекциям

2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях

Лекция является главным звеном дидактического цикла обучения. Ее цель — формирование основы для последующего усвоения учебного материала. В ходе лекции преподаватель в устной форме, а также с помощью презентаций передает обучаемым знания по основным, фундаментальным вопросам изучаемой дисциплины.

Назначение лекции состоит в том, чтобы доходчиво изложить основные положения изучаемой дисциплины, ориентировать на наиболее важные вопросы учебной дисциплины и оказать помощь в овладении необходимых знаний и применения их на практике.

Личное общение на лекции преподавателя со студентами предоставляет большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей.

При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презентаций, предлагаемой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подготовить вопросы с целью уточнения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интерактивном режиме, что способствует повышению эффективности лекционных занятий.

2.2Общие рекомендации при работе с конспектом лекций

Входе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. Конспект помогает внимательно слушать, лучше запоминать в процессе осмысленного записывания, обеспечивает наличие опорных материалов при подготовке к семинару, зачету, экзамену.

Полезно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений.

Вслучае неясности по тем или иным вопросам необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы. Следует ясно понимать, что отсутствие вопросов без обсуждения означает в большинстве случаев неусвоенность материала дисциплины.

2.3Общие рекомендации по изучению материала лекций

Раздел 1, 2. Технологические методы подавления образования вредных веществ в топливосжигающих энергетических установках — 3 лекции.

В соответствии с «Экологической доктриной Российской Федерации», законами «Об охране окружающей среды» и «Об охране атмосферного воздуха» для всех технологических установок, выбрасывающих вредные вещества, должны быть предусмотрены природоохранные мероприятия, сокращающие или устраняющие вредное воздействие на атмосферный воздух.

Технологические методы – это комплекс технологических решений и режимов работы технологического оборудования, которые направлены на снижение образования токсичных веществ в данном технологическом процессе. Технологические методы менее затратные, чем очистка.

Методы подавления оксидов азота в топочной камере основаны на создании процессов горения с минимальным образованием NO. Эти методы базируются на механизме образования оксидов азота.

Анализ условий образования NO показывает, что для образования оксидов азота необходимы высокие температуры в топочной камере, локальные высокотемпературные участки в зоне факела, избыток кислорода в зоне синтеза NO и высокое тепловое напряжение топочного объёма.

В настоящее время разработано и внедрено в промышленность большое количество технических решений, обеспечивающих снижение образования оксидов азота.

Классификация методов подавления образования оксидов азота:

–ступенчатая подача окислителя в топочную камеру котла;

–ввод воды или пара в топочную камеру;

–рециркуляция продуктов сгорания в топочную камеру котла;

–специальные горелочные устройства с минимальным образованием оксидов азота.

Раздел 3, 4. Методы очистки вредных выбросов в атмосферу от топливосжигающего оборудования энергетических установок — 3 лекции.

Для очистки вредных выбросов в атмосферу энергетических установок, в том числе котельных, используются следующие методы очистки продуктов сгорания:

–восстановительные методы – для снижения оксидов азота восстановлением оксидов азота до азота N2 газами–восстановителями в присутствии катализаторов или без них;

–методы термического обезвреживания –для очистки продуктов сгорания от горючих токсичных компонентов продуктов неполного сгорания (СО, сажи, бенз(а)пирена;

–сорбционные методы –для очистки продуктов сгорания от оксидов серы и азота адсорбцией, абсорбцией или хемосорбцией;

–методы механической очистки продуктов сгорания от зольных частиц (сухие и мокрые);

–радиационно-химические методы очистки дымовых газов от оксидов азота и серы.

В последние годы широко применяются восстановительные методы применительно к очистке от оксидов азота. Восстановительные методы основаны на реакции восстановления оксидов азота до азота специальными веществами, называемыми восстановителями. В качестве восстановителей используются водород, оксид углерода, метан и другие углеводороды, аммиак, аммиачная вода, раствор карбамида и др. По способу воздействия восстановители разделяются: на селективные, действующие избирательно (аммиак, аммиачная вода, раствор карбамида), и неселективные - водород, оксид углерода, метан и другие углеводороды.

Раздел 5, 6. Экозащитное оборудование для топливосжигающих установок. Экологическая оценка энергетической установки — 3 лекции.

Экозащитная техника выбирается в зависимости от состава загрязняющих веществ, количества выбросов, специфики технологического процесса и других факторов.

Правильный выбор очистного аппарата, его надёжная работа и высокая степень очистки выбросов зависит, в первую очередь, от физикохимических и санитарно-гигиенических свойств содержащихся в них вредных веществ. Поэтому эти свойства должны быть хорошо изучены при проектировании систем, их наладке и эксплуатации.

В гравитационных аппаратах осаждение ТВЧ происходит под действием только гравитационных сил (осадительные камеры) или с использованием сил инерции (инерционные аппараты) и центробежного эффекта (циклоны) для отделения ТВЧ от потока с последующим их осаждением под действием гравитационных сил.

Во всех фильтрующих аппаратах используется принцип фильтрации газовой смеси через пори-

стый материал, задерживающий твердые частицы.

В мокрых аппаратах сепарация достигается либо промыванием запыленного газа жидкостью, либо осаждением твердых частиц на жидкостной пленке

Электрофильтры улавливают твердые частицы из потока за счет действия электростатических сил, вызываемых электрическим полем.

Раздел 7. Атомные станции. Методы снижения загрязнения воздушного бассейна при использовании ядерного топлива — 3 лекции.

Физико-химические и гигиенические свойства вредных веществ в выбросах атомных станций. Методы очистки вентиляционных выбросов атомных станций. Схемы очистки вентиляционных выбросов.

Раздел 8. Комплексные схемы очистки выбросов топливосжигающих установок — 3 лекции.

Комплексными являются схемы, в которых используется комплекс мероприятий, направленный на снижение различных токсичных веществ или одного вещества, но разными способами.

Комплексные схемы разбиты на отдельные блоки, различающиеся набором экозащитного оборудования и его элементов в зависимости от конструкции, срока службы котельного оборудования и требуемой степени очистки выбрасываемых в атмосферу продуктов сгорания.

Комплексная схема очистки выбросов котлов от оксидов азота и продуктов неполного сгорания.

В основу схемы положен наиболее простой метод одновременной очистки выбросов от NOX и продуктов неполного сгорания (СО,сажи,БП), не требующий значительной реконструкции топочных устройств. Метод основан на проведении топочного процесса в условиях подавления образования NOХ c последующим дожиганием образовавшихся продуктов неполного сгорания в специальных дожигательных устройствах.

Для глубокого снижения выброса оксидов азота предлагается сочетание технологических методов снижения токсичных оксидов азота и методов восстановления (высокотемпературного или каталитического) оксидов азота с дожиганием.

Комплексные схемы глубокой очистки продуктов сгорания от оксидов азота и серы можно разделить на окислительно-абсорбционные и хемосорбционные.

Комплексная схема №6 глубокой очистки продуктов сгорания от твердых частиц. В данной схеме возможно сочетание двух аппаратов разной степени сухой очистки (блок циклонов, электрофильтр) или аппарата сухой очистки (блок циклонов) и аппарата мокрой очистки – скруббера.

2.4Контрольные вопросы

1.Использование метода ступенчатого сжигания в энергетических котлах с целью снижения выброса оксидов азота с продуктами сгорания топлив. Сопоставьте этот метод с другими способами подавления образования NOх. Приведите схемы.

2.Использование метода впрыска воды в энергетических котлах с целью снижения выброса оксидов азота с продуктами сгорания топлив. Сопоставьте этот метод с другими способами подавления образования NOх. Приведите схемы.

3.Использование метода рециркуляции продуктов сгорания в котлах с целью снижения выброса оксидов азота с продуктами сгорания топлива. Сопоставьте этот метод с другими способами подавления образования NOх. Приведите схемы.

4.Технологические методы снижения загрязнения атмосферы. Классификация. Дайте краткую характеристику технологических методов. Приведите примеры.

5.Снижение выброса оксидов азота путем оснащения топочных камер котлов специальными топливосжигающими устройствами с пониженным образованием NОх.

6.Снижение образования оксидов азота в котлах путем ввода воды или водяного пара в топочную камеру. Укажите преимущества и недостатки метода. Сопоставьте с другими методами подавления NОх

вкотлах.

8.Назовите область применения методов снижения образования NOх путем сжигания с малым избытком окислителя, сопоставьте с другими методами «подавления» NOх. Приведите схемы.

9.Методы термического обезвреживания. Классификация. Назовите область применения термических методов очистки выбросов. Приведите примеры и схемы.

10.Использование метода ступенчатого сжигания в котлах с целью снижения выброса оксидов азота с продуктами сгорания топлив. Сопоставьте этот метод с другими способами подавления образования NOх.

11.Назовите область применения методов снижения образования NOх путем сжигания с малым избытком окислителя, сопоставьте с другими методами «подавления» NOх. Приведите схемы.

12.Назовите способы снижения сернистых соединений при сжигании серосодержащих топлив в топочной камере. Приведите схемы.

13.Методы восстановления NOх. Каталитическое восстановление NOх. Катализаторы. Схемы.

14.Какими способами можно снизить одновременно выбросы углеродистых и азотистых соединений. Приведите схемы.

15.Технологические методы снижения загрязнения атмосферы. Классификация. Дайте краткую характеристику технологических методов. Приведите примеры.

16.Снижение выброса оксидов азота путем оснащения топочных камер котлов специальными топливосжигающими устройствами с пониженным образованием NОх.

17.Снижение образования оксидов азота в котлах путем ввода воды или водяного пара в топочную камеру. Укажите преимущества и недостатки метода. Сопоставьте с другими методами подавления NОх в котлах.

18.Приведите классификацию методов защиты атмосферы от вредных выбросов топливосжигающих установок. Оцените степень снижения загрязнения при использовании различных методов очистки.

19.Приведите комплексные схемы очистки выбросов котлов от оксидов азота и продуктов неполного сгорания топлива. Назовите набор экозащитного оборудования.

20.Приведите комплексные схемы очистки выбросов котлов от оксидов азота и оксидов серы. Приведите экозащитное оборудования.

21.Что такое технологические методы снижения вредных выбросов и сбросов? Приведите схемы (выборочно).

22.Назовите особенности восстановительных методов очистки продуктов сгорания от оксидов азота. Приведите схемы очистки.

23.Назовите оборудование для очистки продуктов сгорания от твердых частиц. Приведите эскизы оборудования и оцените степень снижения твердых частиц выброса твердых частиц.

24.Приведите основные положения теории распределения выбросов в атмосферном воздухе.

25.Каким образом подсчитывается максимальная приземная концентрация вредных веществ от источника загрязнения?

26.Назовите основные этапы экологической оценки топливосжигающих установок с позиции загрязнения воздушного бассейна. Как определить необходимую степень снижения выбросов в атмосферу?

27.Поясните механизм образования продуктов неполного сгорания – оксида углерода, сажи, бенз/а/пирена в топочных камерах топливосжигающих установок.

28.Каков механизм образования оксидов азота в топочных камерах топливосжигающих установок? Сопоставьте температурный уровень образования топливных и термических оксидов азота.

29.Как и по какому механизму образуются оксиды серы в топочных камерах котлов?