На сегодняшний день, несмотря на ренессанс солнечной энергетики и других возобновляемых источников энергии, в целом по миру именно на ТЭЦ приходится основная масса выработки электроэнергии.
В РФ есть строгие требования для котельных, как по месту расположения (в зависимости от используемого топлива, котельная должна располагаться на расстоянии 10-200 метров от жилой зоны с подветренной стороны), так и по уровню очистки воздуха от дыма и запахов (существуют установленные законом уровни выброса пыли, сажи и различных химических соединений).
Для нарушителей порядка утилизации дымовых газов предусмотрены серьезные штрафы и дисциплинарные взыскания.
Основные типы загрязнений в выбросах котельных и ТЭЦ
Сажа и зола — остатки от сгорания органического топлива, в зависимости от типа топлива (каменный, древесный, сланцевый уголь, мазут, природный газ и т.д.) их количество может быть различным.
Разнообразные химические соединения— наиболее часто встречаются оксиды серы и азота, также попадаются соединения фтора, хлора, сероводород, угарный газ, а также тяжелые металлы.
Способы очистки выбросов ТЭЦ и котельных от пыли
Для очистки от загрязнения выбросов котельных и ТЭЦ используются мокрые или сухие золоуловители. Часто для достижения максимального эффекта используются несколько способов, образуя на ТЭЦ целые системы очистки и утилизации дымовых газов.
К сухим пылеуловителям относят:
1. Жалюзийные золоуловители — в основе работы таких аппаратов резкое изменение направления газового потока с помощью створок жалюзи. Тем самым, поток газа разделяется — частицы золы двигаясь по инерции ударяются о створки и отводятся в сторону, очищенный же газ выводится из рабочей камеры.
Внутри рабочей камеры такого золоуловителя находятся жалюзи, изготовленные из обычного листового металла, которые делят рабочую камеру на два отсека с загрязненным и чистым газом. Поток загрязненного воздуха подается в рабочую камеру со скоростью 12-16 метров в секунду.
Жалюзийные пылеуловители компактны, но пригодны лишь для первичной, грубой очистки газа от золы и пыли. Для более качественной очистки жалюзийные пылеуловители используются вместе с циклонами.
2. Циклоны — в основе работы используются инерционный и гравитационный способ очистки.
Циклон представляет из себя вертикальную камеру перевернутой конической формы. Загрязненный воздух поступает через патрубок, тангенциально расположенный в верхней части аппарата. Внутри рабочей камеры формируется поток газа, вращающийся вдоль стенок аппарата. В силу центробежной силы и силы тяжести частицы пыли выпадают из воздушного потока и собираются в бункере в нижней части аппарата. Очищенный воздух выводится через вертикально расположенную трубу в центр аппарата.
Циклоны обеспечивают уровень очистки котельного газа от 83 до 99% (зависит от размера частиц пыли и сажи в газе). Для повышения уровня очистки иногда используют несколько циклонов малого размера.
3. Электрофильтры — используют в основе работы электромагнитный эффект. Электрофильтры представляют из себя емкость, внутри которой расположены коронирующие и осадительные электроды. Поток загрязненного газа, проходя через коронирующие электроды, получает заряд. Проходя через осадительные электроды, заряженные частицы пыли и сажи оседают на электродах под действием их электрического поля. Чтобы электроды не забивались их периодически встряхивают.
Применение электрофильтров обеспечивает значительное снижение вредных выбросов из угольных печей и газовых котлов ТЭЦ — до 99,95%.
К мокрым способам очистки относят различные виды скрубберов, различающихся по конструкции. Но в любом скруббере используется один принцип работы — поток загрязненного газа смешивается с водой, после чего загрязненная вода под действием силы тяжести вытекает из рабочей камеры, а очищенный воздух выводится в атмосферу.
Основные типы конструкции скруббера:
Форсуночный
Барботажный
Насадочный
Скруббер Вентури
Чаще всего для мокрой очистки газа на котельных и ТЭЦ используются скрубберы Вентури — именно они являются оптимальным вариантом по объему очищаемого газа, меньшему расходу воды (чем меньше воды используется при очистке, тем меньше образуется шлама, и тем самым меньше затраты на его утилизацию), степени очистки дымовых газов котельных и ТЭЦ (скруббер Вентури обеспечивает степень очистки до 95-96%), достаточную компактность.
Скруббер Вентури в своей работе использует следствие закон Бернулли, которое гласит, что с уменьшением сечения потока увеличивается его скорость.
Скруббер представляет из себя аппарат в форме песочных часов. Попадая в рабочую камеру поток загрязненного газа увеличивает свою скорость, достигая максимального значения в горловине, где он смешивается с потоком воды, и за счет эффекта турбулентности дробит воду на маленькие капли. Частицы пыли и сажи оседают на каплях воды. В расширяющейся камере скорость газового потока уменьшается, маленькие капли собираются в более крупные и под действием силы тяжести выводятся из аппарата. Очищенных же воздух выводится в атмосферу.
Способы очистки выбросов котельных и ТЭЦ от химических загрязнений
Для очистки выбросов от оксидов серы используются три метода: мокрая, сухая и мокросухая очистка.
Для очистки выбросов от оксидов азота используются селективное каталитическое и селективное некаталитическое восстановление.
Тяжелые металлы в большинстве случаев осаждаются на золе, поэтому очистка дымового газа от тяжелых металлов привязывается к эффективности золоулавливания (исключением являются пары ртути, в их случае применяются адсорбционные методы с использованием активированного угля).