Проблема снижения выбросов оксидов азота (NOx) с дымовыми газами теплоэнергетических установок определяет большое количество способов и подходов к ее решению. Широкое распространение получили режимно-технологические (первичные природоохранные) мероприятия по снижению концентрации NOx в дымовых газах. Но в больших городах и промышленных центрах с высокими фоновыми загрязнениями, первичные мероприятии несмотря на результативность получения низких концентрации NOх в дымовых газах (80–120 мг/м3) с учетом ограничений высоты дымовых труб по архитектурным и другим требованиям, в ряде случаев не исключают превышения ПДК NOx в воздушной атмосфере на уровне дыхания человека. Поэтому для обеспечения чистоты воздушного бассейна, требуются дополнительные (вторичные) природоохранные мероприятия с более глубоким снижением концентраций NOx в дымовых газах.
Тематика работы соответствует выполнению Государственной стратегии Российской Федерации по охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития (указ президента РФ от 01.04.96 III, 440), Федеральной целевой программе «Предотвращение опасных изменений климата и их отрицательных последствий» (Постановление правительства РФ от 19.10.96, №1242), правительственной программы Курской области «Энергосбережение промышленных предприятий г. Курска и Курской области» и научно-технической программе «Научные исследования высшей школы по приоритетным направления науки и техники. Экология и рациональное природопользование».
Цель работы – разработка вторичных природоохранных мероприятий по снижению оксидов азота в дымовых газах теплогенерирующих установок, а именно: создание методологии для очистки дымовых газов теплогенерирующих установок от NOx – комплексного процесса, совмещающего очистку дымовых газов от NOx, утилизацию их тепла и улавливаемых компонентов при охлаждении ниже точки росы в присутствии озона и выбора оборудования.
Достижение поставленной цели осуществляется путем решения следующих задач:
- аналитическое исследование теоретических основ процессов очистки дымовых газов от NOx;
- разработка теоретических положений применительно к процессу очистки дымовых газов от NOx при температуре ниже точки росы в присутствии озона абсорбцией водой;
- экспериментальное исследование кинетики массопередачи абсорбции труднорастворимого в воде газа на лабораторной модели установки;
- экспериментальное исследование эффективности очистки реальных дымовых газов от NOx на лабораторной модели установки в присутствии озона;
- выполнение натурных экспериментальных исследований на промышленной установке для определения оптимальных конструктивно-технологических параметров с применением планирования эксперимента;
- разработка алгоритма расчета технологических параметров процесса очистки дымовых газов методом абсорбции совместно с утилизацией их тепла и конструктивных характеристик основного оборудования;
- -разработка технологической схемы установки очистки дымовых газов с привязкой к котельному агрегату, работающему на природном газе;
- разработка конструкции узлового аппарата установки очистки и утилизации – воздухоподогревателя-абсорбера;
- разработка экономического обоснования очистки дымовых газов теплогенерирующих установок от оксидов азота.
Научная новизна
1. В результате анализа существующих теоретических и экспериментальных исследований, экспериментальных исследований автора обоснованы механизм химических и массообменных процессов при очистке газообразных выбросов теплогенераторов на примере очистки от наиболее трудноудаляемых вредных компонентов, а именно, оксидов азота путем их окисления и абсорбции подпиточной водой и конденсатом водяных паров дымовых газов в присутствии озона при температуре ниже точки росы.
2. Обоснован и разработан способ очистки дымовых газов от NOx с использованием многократного ускорения скорости окисления оксида азота в присутствии озона с последующим поглощением, образовавшегося диоксида азота конденсатом в ходе конденсации водяных паров.
3. Предложен и разработан способ интенсификации процесса очистки в области малых концентраций, характерной для дымовых газов, с использованием межфазного контакта газа с жидкостью в эмульгационном и пленочном режимах с многократной рециркуляцией абсорбента.
4. Разработана конструкция эмульгационно-пленочного абсорбера, позволяющего проводить процесс очистки дымовых газов от оксидов азота в эмульгационном и пленочном режимах с обеспечением многократной рециркуляции абсорбента.
5. Предложена и разработана конструкция воздухоподогревателя-абсорбера, позволяющая одновременно проводить процессы очистки дымовых газов от NOx, утилизацию их тепла и уловленных компонентов.
6. Разработана технологическая схема и основное оборудование установки очистки дымовых газов от NOx с одновременной утилизацией их тепла и уловленных компонентов.
7. Установлена взаимосвязь между тепловыми потерями с уходящими газами, влагосодержанием и концентрацией NOx в них.
8. Предложено комплексное экологическое ранжирование вторичных методов очистки однотипных котельных агрегатов, учитывающее одновременно выбросы вредных веществ и тепловые потери с уходящими газами;
9. Предложены технические решения, новизна которых подтверждена патентами РФ, основанные на предлагаемом способе, по очистке дымовых и отработавших газов от NOx для систем центрального, автономного, квартирного теплоснабжения и двигателей внутреннего сгорания, выделению СО2 из дымовых газов, реабилитации уличного воздуха, а также разработаны конструкции теплообменного оборудования для их реализации.
10. Предложены расчетные зависимости, методика расчета основных технологических и конструктивных параметров узловых аппаратов установки очистки дымовых газов при сжигании природного газа.
