Введение к работе
Актуальность проблема. Проблема защиты воздушного бассейна от загрязнения в настоящее время особенно обострилась в городах и крупных промышленных центрах, где непрерывное увеличение выбросов вредных веществ в атмосферу антропогенными источниками приводит к нарушении экологического баланса в окрузавдей среде.
Оксида азота { МОх), образующиеся при сзигании любого вида топлива, относятся к наиболее токсичным веществам, загрязняящим атмосферу. Основными источниками выбросов ДЛЭх является теплоэнергетика, транспорт, ряд производств газовой, нефтяной, химической отраслей промышленности, металлургия.' Около 50 суммарного выброса оксидов азота приходится на стационарные топливо-сжигаодие агрегаты: энергетические и коммунальные котлы,промышленные печи, паро- и газотурбинные установки.
Разработка и внедрение эффективных мероприятий, позволявших радикально снижать выбросы оксидов азота от стационарных источников - ваанейший этап в" комплексе' мероприятий, направленных на оздоровление экологической обстановки в городах и крупных промышленных центрах.
Существувдие методы снигеная концентраций М)х в дымовых газах делятся на два класса: технологические мероприятия и химическая очистка продуктов сгорания. Технологические методы, включающие в себя сдещтазгьнне- способы саигашгя топлива, рециркуляцию дымовых газов, совершенствование горелочннх устройств, отличаэтся невысокими затратами, однако их эффективность обычно не превышает 20-50^. В тех случаях, когда их использование не обеспечивает выполнения норм предельно-допустимых выбросов
(ЦЦВ) NOx, устанавливаемых в соответствии с мощностью топди-восхигаацего агрегата, целесообразно применять химическую очистку дымовых газов. К наиболее эффективным среда существующих методов относятся селективное каталитическое и некаталктичес-коэ восстановления оксидов азота аммиаком. Однако из-за.таких свойств используемого в качестве восстановителя аммиака, как токсичность,погаро- и взрнвоопасность, - внедрение подобных газоочнстных систем в условиях городов и промышленных центров экологически опасно. Поэтому вааным направлением решения проблемы сокращения выбросов /\ГОх с продуктами сгорания топливос-гнгащих устройств является разработка высокоэффективных, но безопасных при эксплуатации способов очистки. К таким способам мокко отнести карбамидную очистку дымовых газов.
Цепьв работы является разработка .процесса селективного не-катаїїЕтического восстановления оксидов азота водным раствором карбамида, возводящего сникать концентрации оксидов азота в джовых газах топливосетгавдюс агрегатов более чем на 80$ при минимальном содержании вторичного загрязнителя в обработанных -продуктах сгорания.
Методы исследований. Исследования процесса високотемпературного яекаталитического восстановления оксидов азота карбамидом включала в себя лабораторные эксперименты по тершгческоі.»у разлосэниЕ водного раствора карбамида, а также стендовые,спыт-но-цромышлеЕКне и промышленные,-испытания, карбаьпщного восстановления оксидов азота в продуктах сгорания природного газа. На различных этаааг работ использовались физике—химические, аналитические и расчетные методы.
Де: исследований процесса карбамидной сїестеб дкковзх газов на различных тошшвосгнгавдкх агрегатах была разработана
общая методика, основные полоаения которой заключались з сле-дуюцем:
проводилось обследование топливосжигаицего агрегата с целью определения его теплових характеристик и состава продуктоз сгорания для внполнения технологических и конструктивных расчетов;
для соблюдения температурных ограничений протекания процесса восстановления оксидов азота карбамидом рассчитывались температурные поля в газоходе топливосяигащего агрегата;
по разработанной автором программе производился расчет количества карбамида, необходимого для восстановления оксидов азота, содержащихся в продуктах сгорания при разных режимах работы топлизосзлгащего агрегата;
изменение параметров процесса вбсстановления оксидов азота карбамидом с цельэ определения их влияния на степень восстановления обеспечивалось путем варьирования условия сжигания топлива.
На базе кинетической схемы процесса восстановления оксидов азота карбамидом была.разработана программа расчета кинетических параметров процесса. Для моделирования подачи карбамида в виде распыленного водного раствора кинетическая схема газофазных реакции была дополнена процессами прогрева и испарения капель и последущей диссоциацией молекул карбамида. С помощью расчета системы уравнений, соответствующих схеме кинетической модели, определялась детальная^картина кинетического доведения осноеных реагентов.
Научная новизна. На основе принципа высокотемпературного ::екаталитического восстановления оксидов азота карбамидом разработан способ очистки дымовых газов топливосгигащих агрега-
тоз от оксидов asora гомогенизированной смесью, получаемой при термической обработке водного раствора карбамида, и найдены оптимальные параметры его проведения.
Разработано устройство для впрыска гомогенизированной смеси в поток отходящих дымовых газов.
Разработанные способ и устройство приняты к патентованию Госпатентом К (заявка от 10.08.1992г. К В 01 Д 506492).
На основе принципов высокотемпературного некаталптического восстановления jyOx карбамидом и низкотемпературного каталитического восстановления //Ох аммиаком показана возможность осуществления комплексной очистки продуктов сгорания, состоящей из двух стадий: гомогенного некаталитического восстановления Лг0х карбамидом и гетерогенного каталитического восстановления оставшихся после первой стадии NOx вторичным аммиаком.
Практическая ценность работы и ее.реализацияв промышлен-
SS2SZ-
-
Разработанный одностадийный процесс очистки продуктов сгорания с предварительной термообработкой восстановителя обладает, .высокой эффективностью,- селшстивнсютъв,-не-влияет на. технические параметры топливосяигающего агрегата к экологически безопасен. Проведенные опытно-промышленные испытания разработанного способа очистки показали его высокую эффективность до SS%. На основе подученных результатов МПО "Мосэнерго" б настоящее время выполняет рабочие проекты установок очистки дымовых газов от /Юх для ТЩ-6 и ТЭД-9 г.Москвы,,,. .
-
Опытно-промышленные испытания предяоаенного двухстаций-ного гомогенно-гетерогенного способа очистки дымовых газов от
NOx показали возмогность достикения 95$?-ного восстановления КОх при одновременной минимизации выброса вторичного загрязнителя.
Испольэование данного процесса для снижения концентраций [Ох в выбросах продуктов сгорания энергетических установок поз-ишт максимально увеличить степень очистки в промнпшенных усло-шх. При этом одновременно снияается величина удельных затрат і единицу объема обрабатываемого газа по сравнению с затратами ?и очистке существувдим методом каталитического восстановления JОх аммиаком. Кроме того, исключается использование в качестве входного восстановителя экологически опасного вещества - амша-і.
Апробация диссертационно! работы;- Результаты представленных сследованиЗ докладывались и обсуждались на научно-технической онференщщ молодых .ученых и специалистов Красный Курган 1991г. на расширенном заседании кафедры промышленной экологии Госу-арственной академии нефти и газа им.й.М.Губкина 1992г."
По результатам работы оцубликозано 4 статьи и направлены атериалы на патентование в Госпатент 1.
Структура и объем работы; Диссертация состоит из введения, :еми глаз, выводов, списка литературы, б приложении и содержит L2? етраниц машинописного текста, 24 таблиц, 29 рисунков,'