Проектно-аналитические исследования улавливания CO2 и SOx золой уноса ТЭС: в потоке газо-воздушной среды; в плотном слое гранулята, спеченного из золы и золы с добавкой известкового молочка.
На настоящее время актуальна проблема газоочистки от вредных газовых выбросов, выделяемых теплоэнергетическими комплексами. Теплогенерирующий комплекс Кузбасса и других соседних регионов развиваются, и снижение вредных выбросов остается острой и первостепенной задачей настоящего и будущего.
В направлении из Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации говорится о переходе к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышении эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии.
В России очистке дымовых газов от CO2, SO2 с помощью адсорбентов уделялось недостаточное внимание. В работах зарубежных авторов, например, в [1, 2], обсуждается вопрос об эффективности и экономичности применения адсорбентов, как в сухом, так, и в суспензионном виде на основе использования летучей золы, являющейся продуктом сжигании угольного топлива, в комбинации с гашеной известью, а также алюмосиликатов.
Одним из основных источников загрязнений являются ГРЭС и ТЭЦ. При этом, если для снижения выбросов аэрозолей на большинстве электростанций используются высокоэффективные золоулавливающие устройства (электрофильтры, батарейные циклоны, скрубберы, а в перспективе и рукавные фильтры, обеспечивающие степень улавливания до 99%), то очистка дымовых газов от вредных газовых выбросов в промышленных масштабах пока не внедрена ни на одной ТЭС России.
Под очисткой газового потока понимают отделение от него или превращения в безвредную форму загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу вместе с газовым потоком. Воздушными массами загрязнения
могут переноситься на большие расстояния и существенно влиять на состояние атмосферы и здоровья человека.
По мере того, как наш мир сегодня становится все более индустриализированным, ископаемые виды топлива, такие как уголь и нефть, играют все более важную роль в энергетическом секторе. В результате сжигания угля для выработки электроэнергии образуются миллионы тонн летучей золы по всему миру. По оценкам, в 2000 году во всем мире было произведено 349 млн. тонн этих отходов. [3] Утилизация такого большого количества летучей золы действительно является сложной задачей и, следовательно, стала серьезной проблемой загрязнения окружающей среды. Летучая зола может рассматриваться как пятый по величине в мире ресурс сырья. Она содержит потенциально токсичные микроэлементы, и поэтому ее удаление является дорогостоящим. В последнее время проводятся дополнительные исследования по утилизации летучей золы с целью предотвращения угрозы для окружающей среды и снижения стоимости её утилизации. Следовательно, было бы разумно использовать данный вид сырья, а не выбрасывать на свалки. Летучая зола, как правило, серого цвета и содержит различные незаменимые элементы, необходимые для роста растений, которые включают в себя как макроэлементы, P, K, Ca и Mg, так и микроэлементы, Zn, Fe, Cu, Mn, B, Mo и т.д. Примерный состав летучей золы - кремнезем SiO2 (60-65%), глинозем Al2O3 (25-30%), магнетит Fe2+Fe3+2O4 и гематит Fe2O3 (6-15%), вюстит FeO. Физико-химические свойства летучей золы, такие как объемная плотность, размер частиц, пористость, водоудерживающая способность, площадь поверхности и т.д., делают его пригодным для использования в качестве сорбента. Хотя летучая зола является отходным материалом, она является ресурсом, который можно полностью использовать и эксплуатировать. Зола может также применяться в качестве недорогого сорбента для удаления загрязнителей воздуха. Изучается также использование летучей золы в сельском хозяйстве и машиностроении.
Исходя из проектно-аналитических исследований, можно выделить следующее:
1. Изготовлена экспериментальная установка по улавливанию (адсорбции) диоксида углерода и серы в потоке алюмосиликатного адсорбента. Разработана схема экспериментальной установки в плотном слое гранулята, спеченного из золы и с добавкой известкового молочка.
2. Произведен расчет скорости витания частиц для создания предпочтительных условий в целях устранения отложений золы уноса на стенках труб, расчет скоростей для воздуха и углекислого газа. При подборе приборов и оборудования была принята стандартная диафрагма с диаметром бд=37,3 мм, произведен расчет воздуходувки при расходе газо-воздушной смеси Qo = 62,001 м3/ч, исходя из расчетов подобран вентилятор радиальный высокого давления ВЦ 8-13 №5, а также подобран спиральный дозатор.
3. Для проведения точных измерений выполнена тарировка расходомеров по газу и золе уноса. Исходя из результатов тарировки ротаметра, получена зависимость расхода воздуха от шкалы ротаметра, по этой зависимости была рассчитана объемная доля CO2 в газо-воздушной смеси. Проведя тарировку спирального дозатора, были определены три наиболее подходящих значения напряжения (20 В, 70 В, 120 В).
4. Для опытов улавливания CO2 и SQx в потоке газо-воздушной среды был проведен рассев на фракции 50 - 80 мкм и 100 - 160 мкм. Зола уноса для рассева взята с Ново-Кемеровской ТЭЦ. Опыты улавливания в плотном слое подразумевают изготовление гранулята, спеченного из золы и с добавкой известкового молочка. Для этого использовалась зола фракцией 0 - 100 мкм с Кемеровской ГРЭС.
5. В целях определения скорости поглощения газовой среды адсорбентом, проведено исследование текстурных характеристик образцов. Для этого в центр коллективного пользования (ЦКП) были переданы образцы гранулята. По результатам исследования диаметр мезопор больше у образца с известковым молочком, таким образом, адсорбционная способность этого образца лучше.
6. Исходя из полученных данных, важными соединениями являются алюмосиликаты и оксиды кремния, составляющие большую часть из общей массы. На основании фракционного состава с двух предприятий, принято решение для экспериментов в газо-воздушном потоке взять золу уноса с НК ТЭЦ, а для опытов в плотном слое гранулята золу уноса с Кемеровской ГРЭС.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
