Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Разработка карбамидного способа очистки дымовых газов от оксидов азота

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Разработка карбамидного способа очистки дымовых газов от оксидов азота"

РГ6 од

- 5 ДПР 1993

ГОСУДАРСТВШАН ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЩИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА имени М.¡4.ГУБКИНА

УДД 665.512.074 На правах рукописи

ДУГШОВА Татьяна Леонидовна

РАЗРАБОТКА КАРБАЩЩЮГО СПОСОБА ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА

Специальность: 11.00.II - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в Государственной аакдеыии нефти и газа им. И.И.Губкина на кафедре промышленной экологии.

Научный руководитель: кандидат технических наук О.Н.Кулиш

Официальные оппоненты: доктор технических наук Караваев Ы.М. кандидат технических наук Ридер К.Ф.

Ведущее предприятие: ШО "Мосэнерго"

Зашита диссертации состоится 1*-/. " —_. 1993 г. в /0 час, в ауд. ка заседании специализированного совет;

Д.053.27.11 при Государственной академии нефти и газа ум. И.М. Губкина. 117917, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65, ГАНГ им. И.Ы.Губкина

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГАНГ им. И.М.Губкина.

<9-7 ■, < Автореферат разослан ЛI— 1993

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО СОВЕТА у) ',— ИВАНОЕА Л.В.

ОНЦАЯ ХАРАКТЕШСТИКА РАБОТЫ

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 окружающей среде.

Оксиды азота { НОх), образующиеся при слигаяиз лей ого вида топлива, относятся к наиболее токсичным веществам, загрязняющим атмосферу. Основными источниками выбросов Д/'Ох является теплоэнергетика, транспорт, ряд производств газовой, нефтяной, химической отраслей промышленности, металлургия.' Около 50* суммарного выброса оксидов азота приходится на стационарные тонливо-сжигахвдие 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' меропраятий, направленных на оздоровление экологической обстановки в городах и крупных промышленных центрах.

Существувдие методы снигения концентраций //Ох в дымовых газах делятся на два класса: технологические мероприятия з химическая очистка продуктов сгорания. Технологические методы, вклвчащие в себя специагьнне - способы сгигашгя топлива, рециркуляцию дымовых газов, совершенствование горелочннх устройств, отличазтся невысокими затратами, однако их эф^ектазность обычно не превышает 20-50$. В тех случаях, когда их использование не обеспечивает выполнения норм предельно-допустимых выбросов

(ЦЦВ) N Ох, устанавливаемых в соответствии с мощностью гошш-войЕЕгапдэго агрегата, целесообразно применять химическую очистку дымовых газов. К наиболее эффективным среда существующих методов относятся селективное каталитическое и некаталитическое восстановления оксидов азота аммиаком. Однако из-за.таких свойств используемого в качестве восстановителя аммиака, как токсгчность,погаро- и взрывоопасность, - внедрение подобных газоочнсткых систем в условиях городов и промышленных центров экологически опасно. Поэтому ваашш направлением решения проблемы сокращения выбросов /\!0х с продуктами сгорания топливос-гигащих устройств является разработка высокоэффективных, но безопасных при эксплуатации способов очистки. К таким способам мокко отнести карбаыкднуи очистку дымовых газов.

Цельв работы является разработка .процесса селективного не-

катаяЕтического восстановления оксидов азота водным раствором карбамида, позволявшего снижать концентрации оксидов азота в дымовых газах топлилосжигашрас агрегатов более чем па 80% при минимальном содержании вторичного загрязнителя в обработанных -продуктах сгорания.

Методы исследований. Исследования процесса высокотемпературного яекаталЕтического восстановления оксидов азота карбалш-дом гкшгеслз в себя лабораторные эксперименты по термическому разлссзшт водного раствора карбамида, а такае стендовые,спыт-но-цромышлеЕЕне и промышленные*-испытания, карбамидного восстановления сесндов азота в продуктах сго^ния природного газа. На различных этаааг работ использовались фЕзико-хиютеские, аналитические и расчетные методы.

Дк. исследований процесса карбамидной cíecteü дкхобзх iü-зое на различных тошшвосгнгавдих агрегатах была разработана

общая методика, основные положения которой заключались з следящем:

- цроводилось ой следование топливосжигаюцего агрегата о целью определения его тепловых характеристик и состава продуктов сгорания для выполнения технологических и конструктивных расчетов;

- для соблюдения температурных ограничений протекания процесса восстановления оксидов азота карбамидом рассчитывались температурные поля в газоходе топливосжигащего агрегата;

- по разработанной автором проггамме производился расчет количества карбамида, необходимого для восстановления оксидов азота, содержащихся в продуктах сгорания при разных режимах работы тошизосзлгашцего агрегата;

- изменение параметров процесса восстановления оксидов азота карбамидоы с цельэ определения их влияния на степень восстановления обеспечивалось путем варьирования условий сжигания топлива.

На базе кинетической схеш процесса восстановления оксидов азота карбамидом была .разработана программа расчета кинетических параметров процесса. Для моделирования подачи карбамида в виде распыленного водного раствора кинетическая схема газофазных реакций была дополнена процессами прогрева и испарения капель и последувдей диссоциацией молекул карбамида. С помощью расчета системы уравнений, соответствующих схеме кинэтической модели, определялась детальная^картина кинетического доведения осноеных реагентов.

Научная новизна. На основе принципа высокотемпературного ::екаталитического восстановления оксидов азота карбамидом разработан способ очистки дымовых газов тошшвосгигадцих arpera-

тоз от оксидов азота 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 некаталитического восстановления д/Ох карбамидом и низкотемпературного каталитического восстановления //Ох аммиаком показана возможность осуществления комплексной очистки продуктов сгорания, состоящей из двух стадий: гомогенного некаталитического восстановления Дг0х карбамидом и гетерогенного каталитического восстановления оставшихся после первой стадии КОх вторичным аммиаком.

Практическая ценность работы и ее реализациав промышленная*

1. Разработанный одностадийный процесс очистки продуктов сгорания с предварительной термообработкой восстановителя обладает.высокой эффективностью,- саликтивностьв.-не-влияет на- технические параметры топливосяигающего агрегата к экологически безопасен. Проведенные опытно-промышленные испытания разработанного способа очистки показали его высокую эффективность до 85^. На основе полученных результатов МО "Мосэнерго" в настоящее время выполняет рабочие проекты установок очистки дымовых газов от /Юг для ТЩ-6 и ТЭЦ-9 г.Москвы,,,. .

2. Опытно-промышленные испытания предложенного двухстащий-ного гомогенно-гетерогенного способа очистки дымовых газов от 1Ч0х показали возмонность достияения 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 1 единицу объема обрабатываемого газа по сравнению с затратами ?и очистке существулцим методом каталитического восстановления ^Ох аммиаком. Кроме того, исключается использование в качестве входного восстановителя экологически опасного вещества - амша-а.

Апробация диссертационной работы;- Результаты представленных сследованиЗ докладывались и обсуядались 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 опубликовано 4 статьи и направлены атериалы на патентование в Госпатент РФ.

Структура и объем работа; Диссертация состоит из введения, :еми глав, выводов, списка литературы, б приложений и содержит .2? страниц машинописного текста, 24 таблиц, 29 рисунков,'

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой глазе анализируется современное состояние исследований, направленных на разработку систем очистки дымовых газов от ¡ЧОх. Показано, что существующие-технологии химической обработки отходящих газов могут быть сгруппированы по способу восстановления МОх до Л/2» Одна из таких групп - высокотемпературное восстаноЕлениа ..//Ох. . . с использованием в качестве восстановителя аммиака, карбамида, циануровой кислоты или других органических соединений, содержащих группы N-0, Д/-Н.

Дан критический анализ возмояности и целесообразности применения этих восстановителей на практике, показаны преимущества использования карбамида перед аммиаком и циануровой кислотой в этом аспекте: карбамид не является ни токсичным, ни взрыво- ни пожароопасным веществом, имеет относительно невысокую стоимость и выпускается промышленностью в достаточных количествах. Однако до сих пор использование карбамида в качестве восстановителя оксидов азота при очистке дымовых газов методом внсокотемаератур-ного некаталитического восстановления Л'Ох испытано з промышленных условиях лишь на отдельных установках за рубезои.

Анализ зарубекных исследований показал, что если в лабораторных экспериментах степень восстановления //Ох карбамидом достаточно высока и сразите со степень® восстановления А'Ох аммиаком, то в промышленных условиях ее величина в среднем составляет 50-65$. Этот фактор заставил зарубежных исследователей искать пути повышения эффективности данного метода очистки дымовых газов от оксидов азота. Исследования велись в направлении использования добавок к водному раствору карбамида, способных влиять на процесс восстановления Д/Ох, и разделения процесса впрыска восстановителя на несколько уровней. Несмотря иа достигнутое в пяде случае увеличение степени восстановления //Ох, применение предлагаемых мер на практике нецелесообразно из-за дороговизны и труднодоступности используемых в качестве добавок ХЕшкгтоз з первом случае, и ограничений режимных услови£ при работе впрыскивающей системы во втором.

Кроме того, анализ литературных данных выявил их некоторую противоречивость: так, степень восстановления оксидов азота отличается на 1С—40.~ при эквивалентных параметрах процесса, существуют разногласия по поводу влияния, на эффективность очи-

стки таких параметров, как концентрация водного раствора карбамида, состав продуктов сгорания, тип впрыскивавшего устройства.

В результате анализа литературных данных и в соответствии с поставленной целью были определены следущие направления работы, заключающиеся в исследовании:

- механизма и кинетических закономерностей процесса высокотемпературного некаталитического восстановления оксидов азота карбамидом;

- процесса восстановления Л/Ох водный раствором карбамида в потоке продуктов сгорания природного газа;

- процесса термического разложения водного раствора карбамида з его влияния на эффективность очистки в промышленных условиях;

- двухстадийного процесса восстановления //Ох в дымовых газах, определение его эффективности.

Во второй главе приводится описание исследований процесса высокотемпературного восстановления оксидов азота водным раствором карбамида, проведенных на опытно-промышленной печи термического обезвреживания сточных вод. Целью данного этапа являлось определение блеяния на степень восстановления температуры в зоне впрыска восстановителя,состава продуктов сгорания, времени пребывания реагентов в реакционной зоне, способа .подачи восстановителя, его количества и качества смешения с обрабатываемым потоком.

■ Установка, -на которой проводились-нспытаняя, представляла собой циклонный реактор с двумя газовыми горелками и газоход в виде прямоточной камеры, откуда продукты сгорания поступали в скруббер и затем выбрасывались в атмосферу. Водный раствор карбамида из расходного бака, где он готовился, поступал в термо-

стат, снабженный электронасосом, с помощью которого восстановитель подавался к впрыскивающему устройству, представляющему собой пневматическую форсунку. Ыелкодисперснонный распнл водного раствора карбамида в погок продуктов сгорания обеспечивался сгатым воздухом.

Зависимость эффективности процесса очистки от температуры в зоне впрыска восстановителя и коэффициента расхода карбамида представлена на рис.1.

Экспериментально бнло установлено:

- карбакид сбликтевно восстанавливает //Ох в интервале температур 800-1200°С, при этом максимальное восстановление протекает при температуре 950-П00°Сг

- степень восстановления //Ох зависит от коэффициента расхода карбамида (КР), при КР=1 восстанавливалось до 50? А'Ох, при КР=2 - до &5%, при КР=8 - до 85%, при КР > 8 наблюдалось снижение степени восстановления. /'/Ох, что объяснялось, возможно, частичным окислением образующегося вторичного аммиака;

- при высоких значениях когдязщиевта расхода карбамида (КР > 2) происходит-выброс вторичного аммиака, ЕедрорэатирсЕгв-шего в процессе восстановления /VОх, с обработаннылл дымозыкж газа.»,щ в атмосферу;

- степень восстановления Л'Ох, и величина проскока ве-прореагировавшэго аммиака зависит от способа ввода восстановителя в поток продуктов сгорания, качества распклз и равномерности смешения, реагентов: так, щи. впрыске водного.растзора карбамида с помо;дъю центробежной форсуЕки, обеспечивавшей угол раскрытия с-'руЕ до 50° и диаметр капель 200 мнм, степень восстановления N Ох при КР > 8 не превышала 55$; впрыск ге восстановителя с помощью пневматической форсунки, обеснечззаа-

УМ>

90

НО

70

. (О й

I «

Е

«I

^ го

0

й

1

о

хо о

800 $00 1000 1100 '-&0 Температура, "С

Рис.1.Зависимость эффективности процесса восстановления Д/Ох от температуры'в зоне впрыска восстановителя и коэффициента расхода карбамида: 1 - КР=1, 2 - КР-2, 3 - КР=4, 4 - КР=6 , 5 - КР=8, 6 - КР>8.

щей угол раскрытия струи 70° и диаметр капель более 400 мкм, степень восстановления при тех не режимах составляла в среднем 70%;

- степень восстановления //Ох зависит от времени пребывания реагентов ( f ) в реакционной зоне: при температуре 1100° и f = 0,4с восстанавливалось до 50$ /Vox, при f =1,2 - до 80% Л/Ох.

На основе результатов исследований процесса высокотемпературного некаталитического восстановления оксидов азота водным раствором карбамида проводились опытно-промышленные испытания карбамидного способа очистки дымовых газов на паровом котле ГЭС-I г.Москвы, описание которых приводится в третьей главе.

Паровой котел, на котором проводитесь испытания, имел сле-дущие технические характеристики: пароцроизводительность 105т/с, давление пара 90 кг/см2, температура перегретого пара 490°С, топливо-природный газ. Конструктивно котел имел П-образную компановку и состоял из топки, фестона, двух ступеней пароперегревателя, водяного экономайзера и воздухонагревателя.

Водный раствор карбамида, предварительно приготовленный в расходном баке, по трубопроводу с помощью насоса-дозатора подавался к впрыскива-эцей системе, состоящей'из четырех паровых форсунок. Пар в паровые форсунки поступал из паропровода. Место размещения форсунок выбиралось таким образом, чтобы температура продуктов сгорания в зоне впрыска соответствовала опти-ьнльной для протекания процесса восстановления оксидов азота карбамидом.

Исследования проводились в соответствии с разработанной методикой при следупцих параметрах:

- температура в зоне впрыска восстановителя 1000-1200°С;

- расход природного газа 4000-8200 ¡^/ч;

- нагрузка котла • 70,90,105 т/ч;

- коэффициент избытка воздуха за котлом 1,5-1,9

- концентрация водного раствора карбамида 20%.

Результаты испытаний процесса карбамидной очистки дымовых газов парового котла приведены в таблице I.

Таблица I

' Результаты испытаний карбамидного способа очистки дымовых газов парового котла "Буккау" от оксидов азота.

м пд Натруэта Температура Расход карбами- Соде^ гание Содепзаше Степень очистки

да нач. ронеч.

т/ч °С кг/ч мг/м3! мг/м3 мг/м3 <2 р

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ¿3 14 105 105 105 105 105 105 90 90 90 90 70 70 70 70 1190 1190 1190 1190 II90 1190 1110 1110 1110 шо 1040 1040 1040 1040 1000 500 400 1000 600 400 1000 1000 800 600 1000 600 | 400 ! 1000 1 350 350 350 260 250 260 315 230 230 230 182 182 182 221 206 220 248 159 179 211 186 120 150 179 102 131 140 144 . 105 42 40 25 48 69 120 82 29 • 64 32 41 37 29 39 31 19 41 • 48 35 27 44 28 23 35

Анализ результатов показал, что при расходах карбамида 1000 кг/ч (КР > 4) степень очистки наибольшая - 39-48?. При расходах карбамида менее 800 кг/ч (КР-< 4) степень очистки не

превышала Низкий процент восстановления;, а также наличие б отходящих дымовых газах промежуточного продукта реакции - аммиака, свидетельствовали о недостаточно полном перемешивании восстановителя с обрабатываемым потоком.' Кроме того, восстановитель попадал в поток продуктов сгорания в виде капель водного раствора, что замедляло начальную стадии процесса восстановления, так как требовалось время дои испарения капель и термодеструкции восстановителя. Возникло предположение, что увеличить степень очистки дымовых газов в промышленных условиях можно путем предварительной термообработки водного раствора карбамида.

В четвертой главе исследуется влияние термообработки водного раствора карбамида на эффективность процесса восстановления оксидов азота.

Лабораторные исследования процесса гидролиза водного раствора карбамида показали, что реакция протекает в две стадии: сначала происходит изомеризация карбамида в изоцианат аммония -процесс активизируется при нагреве раствора вше 60°, затем при нагреве до температур выше 90° образуются аммиак и изоцкановая кислота. При нагреве водеого раствора карбамида до 120°С было получено 50^-ное разложение карбамида".

Таким образом было установлено, что при термической: обработке водного раствора карбамида образуются аммиак и изоциано-вая кислота, вещества, на которые разлагается карбамид в начальной стадии процесса восстановления оксидов азота. Следовательно, термическое разложение и испарение зодного раствора карбамида до его впрыска в поток дымовых газов позволит увеличить время пребывания непосредственных восстановителей оксидов азота в зоне температур, оптваальЕых для. протекания процесса восстановления.

Опытно-промышленные ксгштангя карбамидного способа очистки домовых газов от оксидов азота с предварительной термообработкой восстановителя проводились на том Ее паровом котле ГЗС-1 г.Москвы, что и предыдущие.

Общая схеьа установки очистки включала в себя: бак для приготовления водного растзора карбамида, систему трубопроводов, наоос-дозатор, смеситель-гомогенизатор, впрыскивающее устройство* представляющее собой специально разработанную для этой установки конструкцию из двух гаропрочных труб, имеющих на своих выходных участках ряды отверстий разного диаметра.

Водный раствор карбамида из бака с помощью насоса-дозатора поступал в смеситель-гомогенизатор, куда одновременно подавался пар для термообработки восстановителя, после чего гомогенизированная восстанавливающая смесь направлялась к впрыскивающему устройству.

Результаты испытаний карбамидного способа очистки с предварительной термообработкой восстановителя представлены з таблице 2.

Как еидно из приведенных результатов, при температуре в реакционной зоне 990°С н коэффициенте избытка воздуха 1,5-1,6 степень восстановления оксидов азота составляла 66-86$. Снижение коэффициента избытка воздуха сопровождалось некоторым уменьшением эффективности процесса.

Сравнивая результаты испытаний карбамидного способа счистки дымовых газов без предварительной термоообработки зос-тановителя (табл.1) и с предварительной термообработкой (табл.2), мокко сделать вывод о той, что степень восстановления Л'Ох в случае очистки с термообработкой водного раствора карбамида

Таблица 2

Результаты испытаний карбамидного способа очистки дымовых газов с предварительной термообработкой восстановителя.

Режимные условия: нагрузка котла 50 т/ч, коэффициент избытка

воздуха за котлом 1,1 - 1,6, расход карбамида 250 кг/ч •

Температура в Содержание ЫОх Содеогание Степень

гттт А/ХГ очистки

1111 ОиПС Ии^Да ОЛЛ

до впрыска после

восстанови- восстано-

теля вителя

- °с со мг/м3 ыг/м3 %

I 1050 197 90 10 • 54

2 1050 197 89 16 55

3 1050 197 100 14 51

4 1050 181 89 20 51

5 1050 181 91 12 50

6 1050 181 78 10 57

7 1050 181 74 17 59

8 990 125 43 17 66

9 990 125 22 6 82

10 990 • 125 23 6 82

II 990 125 ! 32 6 74

12 990 125 • ' 18 6 86

перед его впрыском в поток продуктов сгорания на 10-30$ выше, а проскок аммиака в 2-5 раз низд.

Таким образом, при использовании разработанного спосо-

ба .для очистки .дымовых газов промышленных и коммунальных котлоб возмонно сокращение выбросов оксидов азота на 80$ и более прп одновременной минимизации вторичного загрязнителя - аммиака.

В пятой главе анализируется механизм и кинетические закономерности процесса восстановления оксидов азота карбамидом. По программе, разработанной на базе кинетической схемы процес-

са, были проведены расчеты кинетических параметров.'

На рис.2 приводятся графики кинетического поведения основных реагентов процесса.

Анализ результатов, полученных при кинетических расчетах модели процесса восстановления оксидов азота карбамидом, позволил сделать следующие выводы: температура в реакционной зоне злляет на время, необходимое для полного восстановления //0; коэффициент расхода карбамида определяет количество вторичного шя.иака, скорость восстановления А/0; з промышленных условиях из-за ограничения времени пребывания реагентов в зоне температур, оптимальных для протекания, процесса восстановления. //Ох, проскок аммиака практически неизбежен. Однако величину проскока вторичного загрязнителя можно контролировать с помощью таких параметров процесса, как коэффициент расхода-карбамида, время -контакта реагентов, температуры.

Одним из наиболее ванных является вывод о возможности подбора условий, при которыхЧюсле завершения'реакции восстановления А^О соотнесение Ш^/ ЫО в потоке обработанных дымовых газов будет достаточно благоприятно для осуществления последующего низкотемпературного восстановления оставшихся оксидов азота вторичным аммиаком на каталЕзаторе.

В шестой главе рассматривается комплексная организация очзстки дымовых газов от оксидов азота, состоящая из двух стадий: гомогенного высокотемпературного некаталитического восстановления МОх карбамидом и гетерогенного низкотемпературного г-осстановления оставшихся //Ох вторичным ам.яаком на катализаторе.

Двухстадзйшк процесс очистки дает возможность за счет обеспечения определенного соотношения, мел:ду вторичным аммиаком

\\

\ 4 -_^ УГХ* А \ \ /\ ^ / \ 4v

1 i /'V ** i ' 1 s ч \ N \

i /

I ! I i

I / 1/

I/

o¿k

о.г

о.ч

0,6 о,s

Время , сен

ii

i.e

Рис.г.Кзменекке концентраций реагентов e процессе

восстановления /Vo карбамидом: 1_СС(АА^2кач-= 60 мг/м£

/УО нач.= 60 мг/м3, а - изменение А/0,б - изуененке /УН3; 2_С0(//Н2"|2нач. '= 48 кг/м3, /УО нач. =50 ¡.-г/м3, а - изменение /VO, ö - изменение /VH3.

и оксидами азота после первой стадии максимально увеличить степень очистки дымовых газов в промышленных условиях и исключить возможность выброса вторичного загрязнителя,.

Опытно-промышленные испытания такого процесса были проведены на парогенераторе, имеющем следующие технические характеристики: паропроизводительность 13,5 т/ч, расход природного газа -800 нм3/ч, давление пара 4 Ша, температура пара 250-350°С.

Целью испытаний являлось определение эффективности процесса восстановления Л'Ох на каждой стадии в отдельности и суьг— маркой степени очистки.

Установка очистки включала в себя бак для приготовления водного раствора карбамида, зпрыскЕваюцую систему из трех пнев-г.атических форсунок, каталитический реактор, представляющий собой кассету, заполненную катализатором. Предполагалось использование таких катализаторов, которне уже выпускаются в промышленных масштабах для восстановления //Ох или для других технологических целей, но обладающих активностью в процессе селективного восстановления' М)х. 3 данных испытаниях использовался катализатор CTK-I, предназначенный для конверсии окиси углерода и состояций из 30^ Е Сг ,>0 .

Испытания проводились в соответствии с разработанной методикой при следующих параметрах:

- расход природного газа 200-300 т^/ч;

- температура з зоне впрыска карбаглща S00-II50°C;

- температура з каталитическом реакторе М0-130°С;

- объемная скорость продуктов сгорания 5000-20000~-;

- объем катализатора 0,02 м3

- концентрация водного раствора карбамида 10/£.

Зависямость степени восстановления оксидов азота от температуры на каядой стадии процесса очистки показана на рис.З.

Анализ полученных результатов показал, что степень восстановления Л/Ох после первой стадии очистки зависела от температуры в зоне впрыска водного раствора карбамида и составляла 52-60$ при Ю70°С, 62-82/5 при 960°С, 28-43?* при 900°С. Эффективность очистки после второй стадии практически не зависела от параметров первой стадии и составляла в среднем 60-70$. Суммарная степень очистки дымовых газов достигала 90% и более, что говорит о высокой эффективности двухстадииного гокогенно-гето-рогенного процесса очистки и его преимуществах перед способами, составляющими его стадии: перед одностадийными методами некаталитического восстановления //Ох карбамидом и каталитического восстановления Л/0х аммиаком. К наиболее валным. результатам относится отсутствие аммиака на выходе продуктов сгорания из каталитического реактора.

Таким образом, комплексная организация процесса очистки позволит в цромыиленнах условиях снизать концентрации /УОх з дымовых газах'более чем на'90$ при одновременном исключении выброса вторичного загрязнителя.

В седьмой главе на примере работы опытно-промышленной установки очистки дымовых газов парового котла "Буккау" определена зависимость экономических показателей процесса очистки: экономического результата (Р), экономической эффективности (5), • предотвращенного ущерба (7), затрат на капиталовложения и эксплуатацию установки (3) при разных регимах ее работы - от величины годоеого выброса оксхдоз азота ) (рис.4).

Расчет экономической эффективности показал, что внедрение установки очистки экономически эффективно в случае работы ус-

Импгротура. 6 и<хтапитич$<хом [житоре, °С.

И/тгратурз 8 30т ёг^исла. Еогапвыо&ите^Я, °С'.

г::о.З. Заз::с:?.:зс,Гг сттл/атнс?: сгегтекк оч;:ст;-": и степени восстаксв-е:-:::я /УГх после стал:'.:-: от течпетатугк к

степень в-.сс:а:--влен;1я г.^сле- гиу.огекнсй стадкг, ; - после ге1етоген:-:ч;:1;

тановки без предварительной термообработка водного раствора карбамида:

а) при 6,1 т/год для КР=1

б) при 21,6 т/гоц для КР=2.

Использование в процессе очистке дымовых газов стадии предварительной термической обработки водного раствора карбамида внедрение установка экономически эффективно при 7,2 т/год

для КР=1. Для КР=2 в этом случае затраты сопоставимы с экономическим результатом, но несколько превышают его. Следует отметить, что результаты приведенного расчета справедливы лишь для тех условий работа установки очистки, которые были определены в процессе опытно-промышленных испытаний.

На рис.4 величина экономической эффективности (Э) определяется как разность между экономическим результатом (Р) и затратами на калиталовло&еаия и эксплуатацию (3) установки очистки при соответствующем годовом'выбросе "МЬс топливосяигащим агрегатом;

Как видно из приведенных на рис.4 графиков, экономическая эффективность работы установки зависит от величины годового выброса А/Ох: чем больше мощность топливосяигшсщего агрегата, и, соответственно, больше количество УОх, выбрасываемых в атмосферу, тем выше экономическая эффективность от внедрения установки очистки.

юо гоо- зоо- чоо

ГоЗоёои ВаЪрос Л£>лг, т/йод.

500

Рлс.4. Зависимость акононических показателей работы установки очистки от величины годового выброса оксидов азота: У— предотвращенный ушерб, Р— ькономическкй результат,

~ ззтРа'гь! на эксплуатацию и капиталовложения, ЭрЭ2, Э3,Э4 - экономическая эффективность при работе установки на соответствующих резглмах: I - КР =1; 2-е предварительной термообработкой восстановителя парой, К? = 2; 3 - КР = 2; 4 - с предварительной термообработкой восстановителя паром, КР = 2

Выводы:

1. В результате проведенных исследований процесса высокотемпературной очистки продуктов сгорания от оксидов азота водным раствором карбамида найдены оптишльные условия протекания процесса, которые определяется температурой в реакционной зоне (Т) 800-1200°С, временем контакта реагентов - не менее 0,4с для достижения более чем 50^-ного восстановления Л/Ох и коэффициентом расхода карбамида 1-2.

2. При условии Т- еопдС степень очистки зависит от коэффициента расхода карбамида: максишльная степень восстановления

Ох, при очистке дымовых газов печи термического обезвреживания сточных вод, достигнутая при Т=1000°С, составляла 50% при КР=1, 76? при КР=4, 85% при КР=8.

3. Установлено, что эффективность процесса восстановления оксидов азота гомогенизированной смесью, полученной при термической обработке водного раствора карбамида на 10-40% выше эффективности процесса высокотемпературного восстановления //Ох водным раствором карбамида в том ае интервале температур и составляет 60-30$. .При этом выброс вторичного загрязнителя. - .аммиака снижается в 2-5 раз.

4. На основании принципа высокотемпературного некаталитического восстановления оксидов азота карбамидом разработан способ очистки продуктов сгорания от оксидов азота гомогенизированной смесью, полученной при термической обработке водного раствора .карбамида...Данный, способ принят к.патентованию в Госпатенте РЗ (заявка от 10.08.92 В01Д 506492).

5. Проведенные на паровом котле опытно-промышленные испы-.тания карбашдного способа очистки дымовых газов от М)х с

предварительной термической обработкой водного раствора карбамида показали высокую эффективность процесса: до 80% при температуре в зоне впрыска, восстанавливающей гомогенизированной смеси 990-Ю50°С.

6. На основе результатов, полученных при промышленных испытаниях данного способа очистки, ШГО "Мосэнерго" в настоящее врэ-мя выполняются рабочие проекты установок очистке дымовых газов от /у/Ох для ТЗЦ-8 и Т2Ц-9 г.Москвы.

7. На основе выполненных на ЭВМ кинетических расчетов процесса восстановления оксидов азота карбамидом показана возможность регулирования количества непрореагировавшего в процессе аммиака и его отношения к количеству оксидов азота, оставшихся в обработанных продуктах сгорания."

8. На основе принципов высокотемпературного некатажтичес-кого восстановления оксидов азота карбамидом и низкотемпературного восстановления оксидов азота аммиаком предложен ноеый процесс очистки продуктов сгорания от //Ох, состояний из двух стадий: гомогенной стадии селиктивного некаталитического восстановления /УОх карбамидом и гетерогенной стадии селективного каталитического восстановления Л'Ох вторичным аммиаком.

9. Опатно-промапленные испытания гомогенно-гетерогенной очистки дымовых газоэ от оксидов азота показали высокую суммарную эффективность процесса 85-95а. Установлено, что комплексный гомогенно-гетерогенный.процесс очистки обладает большей эффективностью, чем составляющие его процессы: средняя степень очистки после стадии: некаталитического восстановления Л/Ох водным раствором карбамида составляла 50-80«,средняя степень очистки после стадии каталитического восстановления //Ох аммиаком - 65 -59£,

Основные результаты диссертации представлены в следующих работах:

1.Дугинова Т.Л. Исследования карб анидного способа очистки продуктов сгорания топлива от оксидов азота: Уоск. ин-т нефти и газа. - Ы. - 1991. Деп., II.02.91 » 703-В 91.

2.Кулиш О.Н., Славин С.И., Дугинова Т.Л. и др. Карбанидный способ очистки продуктов сгорания природного газа от оксидов азота: Ыоск. ин-т нефти и газа. - И.- 1991. Деп., 21.03.91 № 1254 В 91.

3.Дугинова Т.Л., Резванов Т.К., Хрусталева И. Снижение концентраций оксидов азота в продуктах сгорания топлива. Тезисы докладов на конференции молодых ученых и специалистов. Красный Курган, июнь, 1991 г.

4.Кулш О.Н., Славин С.И., Дугинова Т.Л. и др. Об уменьшении выбросов оксидов азота с дымовыми газами энергетических котлов. Энергоатоыиздат, "Энергетик", 1992 г., № 7.

Т.Л.Дугинова

Подписано к печати 12.02.93 Объем 1,0 уч.-йзд.л. Заказ 60 Тираж 60 экз. формат 60x90/16_

Отдал оперативкой полиграфии ГАНГ им. Я.М. Губкина