Название: Природоохранные технологии на ТЭС и АЭС Часть 2 - учебное пособие (Саломатов В.В.)

Жанр: Технические

Просмотров: 1387


4.9. технические решения по вспомогательным зданиям и сооружениям

 

Компоновочные решения главного корпуса в данной концепции незначительно отличаются от традиционных, так как применяемый состав, конструктивное решение и габариты оборудования и его установка по технологической схеме практически не отличаются от применяемого в настоящее время.

Топливное хозяйство на площадке ТЭЦ принимается также традиционным, за исключением дробильного корпуса. Котлы с топками ЦКС используют топливо в виде дробленки с размерами до 10…15 мм, вследствие этого

в дробильном корпусе предлагается установить грохот с возвратом крупных частиц топлива обратно в дробилку.

Все остальные технические решения по вспомогательным зданиям и сооружениям также практически не отличаются от применяемых в настоящее время.

 

4.10. Основные и дополнительные

технико-экономические показатели

(табл. 4.3, 4.4)

 

В предлагаемой концепции дополнительные капитальные вложения

в природоохранные мероприятия не требуются, так как подавление окислов серы и азота происходит благодаря применению новой технологии сжигания топлива – в циркулирующем кипящем слое.

Более того, ожидается получение экономического эффекта за счёт замены обычных электрофильтров на роторные зернистые фильтры. Ожидаемый эффект (~200 руб. на 1000 м3 очищенного газа) связан с упрощением и удешевлением конструкции золоуловителя (снижение металлоемкости, габаритов и электропотребления).

Для рассматриваемой ТЭЦ эффект составит ориентировочно 2,5 млн руб. в год. Кроме того, в связи с полным использованием золы сокращаются капитальные затраты в гидрозолоудаление и золоотвал, что ориентировочно оценивается величиной 20 млн руб. (сокращение стоимости установленной мощности на 15 руб/кВт).

Необходимо иметь в виду, что предлагаемая концепция исключает затраты по сооружению сероулавливающих установок и установок по подавлению окислов азота, затраты, которые по зарубежным оценкам могут составлять до 25…30 \% стоимости электростанции (в нашем случае эта величина составит около 140 млн руб.

 

Т а б л и ц а   4.3

Основные технические характеристики

и ожидаемые технико-экономические показатели

 

Наименование показателей

Единица измерения

Ожидаемые технико-

экономические показатели

Проектная электрическая мощ-

ность  (числитель – при номи-

нальной мощности турбин; зна-

менатель – при максимальной

мощности турбин)

 

МВт

 

1295/1540

Проектная тепловая мощность

Гккал/ч

3500

Мощность турбины:

     – электрическая

     – тепловая

 

МВт

Гкал

 

185/220

290

 

Окончание табл. 4.3

 

Наименование показателей

Единица измерения

Ожидаемые технико-

экономические показатели

Котла энергетического

т/ч (Гкал/ч)

500 (300)

Котла пикового

т/ч (Гкал/ч)

160 (96)

Тип турбин

 

Т-185/220-130-5 УТМЗ

Тип котлов энергетических

 

Е-500-13.8-560 ЦКС

ПО «Сибэнергомаш»

Тип котлов пиковых

 

Е-160-1.4-300 ЦКС

ПО «Сибэнергомаш»

Вид топлива

 

Уголь кузнецкий

Использование отходов основной и природоохранной технологий

 

Полное использование в качестве

сырья для цветной металлургии,

а также в стройиндустрии

Технология подготовки твердых отходов для передачи потребителям

 

Складирование сухой золы, полу-

ченной после низкотемпературного

сжигания в топках с ЦКС и ее час-

тичное гранулирование

Прибыль от реализации отходов

 

По договорным ценам

Характеристика маневренности:

     – регулировочный диапазон

        энергоустановок

     – проектное количество оста-

        новов-пусков

 

 

\%

 

1/год

Работа по тепловому графику с час-

тичным изменением электрической

мощности 70…100 \%

20 на 1 котел

 

Удельные  капиталовложения

в сооружение ТЭЦ (числитель –

при номинальной, знаменатель –

при максимальной мощности

турбин)

 

руб/кВт

 

445/375

Удельная численность промыш-

ленно-производственного пер-

сонала

 

чел/кВт

 

1,05

Среднегодовой удельный расход топлива

г у.т./кВт×ч

230

Себестоимость тепловой энергии

руб/Гккал

4,5

Затраты на НИР и ОКР при разработке проекта, головных образцов энергоустановок и природоохранных технологий

 

млн руб

См. в соответствующих разделах.

1,0…1,5 на испытания и доработку нового оборудования

 

Примечание. Оценка удельных капиталовложений и численности персонала приняты на основе расчетов по прогрессивным показателям технического уровня производства и строительных решений по ТЭЦ и котельным.

 

Т а б л и ц а  4.4

Дополнительные показатели

 

Наименование показателей

Единица

измерения

Ожидаемые технико-экономические показатели

Сбросы в водные источники

Водопотребление:

     – выход солей с жидкими

        стоками

     – содержание тяжёлых металлов

        в стоках

     – потребление свежей воды на

        технологические нужды

 

 

кг/ч

 

г/м3

 

т/МВт

 

 

Жидкие стоки отсутствуют

 

Отсутствуют

 

0,380

Реагенты для природоохранных технологий

 

Не требуется

Научно-техническая база для разработки проекта:

     – перечень технологий и обо-

        рудования, требующих пред-

        варительной  проверки  на

        опытно-промышленных уста-

        новках

     – использование имеющихся

        отечественных и зарубежных

        аналогов

     – готовность машиностроитель-

        ных отраслей к созданию но-

        вых типов оборудования и  при-

        родоохранных технологий

     – научно-технические задачи,

        решение которых целесообраз-

        но осуществить  в  рамках  со-

        трудничества с другими стра-

        нами

     – перечень оборудования, мате-

        риалов,  реагентов,  которые

        необходимо приобрести за ру-

        бежом

 

 

 

Сжигание топлива в ЦКС на опытно-промышленных котлах Е-500-13,8-560 ЦКС

Е-160-1,4-300 ЦКС

В соответствующих отделах

 

Промышленность имеет возможность производить новое оборудование

 

Не требуется

 

Не требуется

 

 

4.11. Природоохранные и ресурсосберегающие технологии ЭЧТЭЦ при сжигании кузнецких углей

в циркулирующем кипящем слое

 

4.11.1.  Утилизация золошлаковых отходов твёрдых топлив

 

Золы твёрдых топлив достаточно однообразны по химическому составу. На 98…99 \% они состоят из SiО2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O. Однако соотношение оксидов колеблется в значительных переделах, меняя состав зол от кислых (как правило, это золы каменных углей) до высокоосновных (золы прибалтийских сланцев, бурых углей КАБ, торфов) [4.8].

Золам бурых углей, как и золам других твёрдых топлив, свойственно непостоянство химического состава даже для одного месторождения. Минералогический состав зол зависит от химического состава минеральной части топлива и технологии его сжигания. Нестабильностью свойств отчасти объясняется низкий процент утилизации топливных зол.

На современных электростанциях организовано пылеугольное сжигание топлива при температурах в ядре факела 1550…1600 оС. При этих условиях минеральная часть топлив претерпевает глубокие изменения с образованием вторичных соединений. Наиболее легкоплавкие оксиды и эвтектики образуют огненножидкий расплав, который при охлаждении переходит в рентгено-

аморфное стекло и удаляется в шлаке и золах.

Свойства зол в зависимости от природы твёрдого топлива меняются значительно. Особенно большие колебания наблюдаются для зол бурых углей КАБ, даже для одного месторождения (рис. 4.5).

По технологическим свойствам, которые зависят от химического состава и содержания недожога, золы подразделяются на следующие классы.

Класс I. Низкокальцевые золы (CaO от до 20 \%), содержащие недожог до 10 \%, могут широко применяться вместо песка и мелкого заполнителя в бетонах и растворах. Обладают пластифицирующим эффектом.

Класс II. Среднекальциевые золы (CaO от 30 до 45 \%), содержащие недожог более 5 и 10 \%, обладают свойствами пуццоланов и могут применяться для производства смешанных вяжущих материалов, в качестве гидравлически активных с пластифицирующим эффектом добавок к цементу, извести, гипсу. Добавка до 20 \% таких зол к цементу не снижает его марку.

Класс III. Высококальциевые золы (CaO от до 45 \%), содержащие недожог менее 5 \%, являются самостоятельным вяжущим материалом для производства строительных растворов марок «50» - «100», зольного деревобетона прочностью от 4 до 20 МПа и объёмной массой от 920 до 1700 кг/м3, различных золобетонов для дорожного, малоэтажного строительства и строительства на селе, грунтозольных материалов (жидкость затворения – вода, 3 \% растворы CaCl2). Зола этого класса, добавленная к цементу в количестве до 30 \%, не снижает его марку, улучшает пластичность и морозостойкость изделий на смешанном вяжущем.

 

Рис. 4. 5.  Химический состав зол твёрдых топлив в диаграмме

(CaO+MgO)-SiO2-(Al2O3+Fe2O3):  1 – золы каменных углей (Кузбасс,

Донбасс, Экибастуз, Богословск, Азейск и др.; 2 – золы бурых углей Ирша-

Бородинского  месторождения  КАБ;   3 – зола  бурых  углей  Назаровского

месторождения КАБ; 4 – зола бурых углей Берёзовского месторождения КАБ

 

Класс IV. Ультравысококальциевая зола (CaO более 45 \% при содержании недожога менее 5 \% возможно использовать при производстве автоклавных изделий, либо смешанных вяжущих со специальными добавками (туфы, маршалит и т.п.). Золы этого класса при содержании недожога более 5 \% целесообразно применять как известково-силикатный компонент для производства цемента из 2-компонентной сырьевой шихты.

Наиболее целесообразно узел по использованию золы проектировать как цех основного предприятия непосредственно на территории ТЭЦ, с целью максимального сокращения всех инженерных коммуникаций.

Расчётный годовой экономический эффект от утилизации золошлаковых отходов в количестве 200…250 тыс. т  в год (Новосибирская ТЭЦ-3) составит около 800 тыс. руб.

Для электростанций, расположенных на территории крупных городов (Новосибирск, Красноярск, Барнаул, Иркутск и т.д.), всё количество золы экономически целесообразно поставлять потребителю в виде вяжущего материала. Для Новосибирска этот вариант просчитан и установлено, что строительные организации города будут забирать всю золу для производства строительных материалов на своих заводах (добавки к бетонам, зольные строительные растворы, деревозолобетон, дорожное строительство и т.д.).

В последующие годы потребление на стройиндустрию снизится; в использовании золы необходимо предусмотреть рекультивационные работы (рис. 4.6), на которые пойдёт 50 \% всей золы. В дальнейшем эти соотношения могут меняться в зависимости от темпов развития народного хозяйства.

Перевозка зольного вяжущего материала рентабельна на расстояние до 1000 км. Перевозка строительных изделий рентабельна на расстояние до

304 тыс. км.

 

 

Удаление из котлов расплава с утилизацией шлака и тепла целесообразно организовать по следующему принципу.

 

 

 

 

 

 

  б

 

 

  а

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.6. Ежегодное количественное потребление золы

для ТЭЦ с выходом золы 2 млн т

 

Расплав из топки поступает на ленту конвейера, составленную из достаточно массивных чугунных охлаждаемых холодным воздухом сегментов нужного профиля. Охлаждающий транспортёр воздух нагревается и далее утилизируется в основном производстве. Расплав на транспортёре достаточно резко остывает, за счёт внутренних напряжений происходит растрескивание шлакового стекла. Остывший шлак поступает на дробилку, выдающую шлаковый щебень нужной крупности. Шлаковый щебень поставляется потребителю и используется на предприятии строительных изделий на ТЭЦ, если таковое имеется (см. рис. 4.4).

Комплексный эффект при полной утилизации золошлаковых отходов ТЭЦ будет складываться из следующих позиций:

– получения строительной индустрией нового зольного вяжущего материала и изделий на его основе;

– утилизации кальцийсодержащих золошлаковых отходов ТЭЦ;

– ликвидации золоотвалов;

– улучшения санитарного состояния окружающей природы;

– реальной перспективы создания сберегающей энергетические, природные сырьевые и водные ресурсы технологии производства строительных материалов на основе отходов теплоэнергетики.

Для более полного и эффективного использования золошлаковых отходов ТЭС, в том числе и кальцийсодержащих, необходимо, чтобы вопрос промышленного использования их решался на стадии проектирования ТЭЦ.

Для широкого промышленного использования золошлаковых отходов на эксплуатируемых электростанциях необходимо строительство установок по отбору сухой золы, включающей помольно-смесительный узел, установление оптовых цен на золошлаковые отходы и поощрение предприятий, решающих эти вопросы конструктивно.

Обязательность утилизации зол и шлаков на электростанциях необходима с позиций глобальной экологии, так как из образующихся ежегодно на ТЭЦ порядка 100 млн т этих отходов используется не более 10 \%, в основном в цементной промышленности.

Наиболее масштабно промышленное использование золошлаковых отходов от сжигания твёрдых топлив организовано в США, Англии, Франции. Как правило, там созданы специальные фирмы, которые забирают золошлаковые отходы с ТЭЦ, подвергают их, если это требуется, соответствующей обработке и выдают потребителю паспортизованный продукт.

 

4.11.2. Радиационно-химическое обезвреживание

газовых выбросов с ТЭЦ

 

Ежегодно тепловые электростанции выбрасывают в атмосферу около

9 млн т SO2 и до 3…4 млн т Noх, при этом степень очистки не превышает 2 \%. Установлено, что облучение выбросных газов, содержащих SO2 и NОх, ускоренными электронами при дозах 15…20 Дж/г (6…7 кВт/ч на 1000 нм3) приводит к резкому увеличению скорости окисления оксидов до SO3 и N2O5.

Анализ литературы показывает [4.9], что существующая в мире скрубберная схема улавливания громоздка, ненадежна, не обеспечивает приемлемых степеней очистки (т.е. ~ 85…90 \%) и приводит к накоплению неутилизируемого CaSO3, тогда как NОх вообще улавливается на 7…12 \%.

Существуют три альтернативные схемы газоочистки, находящиеся на уровне создания пилотных установок.

1. Метод каталитического окисления субоксидов серы и азота до SO3

и N2O5. Не имеет реальных преимуществ перед радиационным окислением. Метод селективен по азоту и сере (требует различных катализаторов и режимов обработки). Метод критичен к концентрации пылей и аэрозолей (происходит отравление катализаторов).

2. Котёл кипящего слоя. В перспективе способен сократить выбросы SO2 на 90 \%  при резком сокращении выбросов оксидов азота. Недостаток – накоп-ление неутилизируемого сульфита кальция CaSO3.

3. Метод газификации каменного угля. В принципе экологически чист, край-не громоздок. В качестве продукта – молекулярная сера, загрязнённая оксидами.

Внедрение методов 2 и 3 на существующих ТЭЦ предусматривает коренную реконструкцию (новая ТЭЦ обходится на 15 \% дешевле, капитальные затраты на реконструкцию не менее 1 млрд руб. на ТЭЦ мощностью

1000 МВт).

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СХЕМЫ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ

ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКИМ

МЕТОДОМ

 

Вариант I. Отходящие газы после электрофильтров (удаление большей части золы) поступают в облучательную камеру. Перед облучением (рис. 4.7) в газовый поток впрыскивается NH3 (эквимолярное количество по SO2 и NOх), после облучения твёрдые частицы сульфата и нитрата аммония частично осаждаются на электрофильтре и далее собираются в рукавном фильтре. При дозах 15…20 Дж/г эффективность улавливания по SO2 достигает 95 \%, по NOх – 80 \%. На выходе имеет товарный продук – смесь сульфата и нитрата аммония, который может использоваться в качестве минерального удобрения.

 

Дымовые газы (зола, SO2, NOx, CO2)

_______________________________

 

 

 

Электрофильтры

 

SO2, NOx, CO2

 

 NH3

Облучатель,

ускорители ЭЛВ

 

 

 

 

 

 

Зола

 

NH4NO3  (NH4)2SO4

 

 

 

Электрофильтры

Рукавные фильтры

 

 

 

 

 

 

 

 

Товарные минеральные удобрения

NH4NO3  и (NH4)2SO4

 

 

 

Рис. 4.7. Схема радиационно-химического обезвреживания

с применением аммиака

 

По оценкам западных фирм [4.9, 4.10, 4.11], стоимость установки по очистке методом РХО для ТЭЦ мощностью 500 МВт будет составлять 60 млн долл.,

а традиционным способом (каталитический или известковый) – 100 млн долл. По данным [4.10], в случае реализации варианта I США потенциально способны производить до 100 млн т продукта, содержащего до 25 \% азота, который может использоваться  в качестве удобрения.

В регионах, где отсутствует производство аммиака и невозможна его доставка по трубопроводу, реализуется вариант II радиационной очистки.

Вариант II. После электрофильтров дымовые газы поступают в облучательную камеру, из которой смесь SO3 и N2O5 поступает на полые скрубберы, орошаемые водой. Далее образовавшаяся смесь кислот H2SO4 и HNO3 направляется в нейтрализатор, где раствор нейтрализуется известковым молоком

Ca (OH)2 или измельчённым CaCO3. Из нейтрализатора раствор направляется в загуститель I, где осаждается CaSO4 ×1,5 ¬H2O, идущий затем на низко-температурную термообработку для получения CaSO4 ×0,5 ¬ H2O – продукта для цементной промышленности. Слив нейтрализатора I поступает на загуститель 2, где количественно высаживается Ca(NO3)2 – продукт, используемый как минеральное удобрение или же для получения HNO3. Описанная схема 2 обеспечивает 95 \% очистку от О2 и 80 \% от NОх с получением товарных продуктов высокой чистоты.

Зола, выбрасываемая ТЭЦ, представляет собой смесь сложных оксидов на основе SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, SO3 и R2O.

Cодержание в золе CaO и MgO колеблется от 20 до 45…50 \% в зависимости от характера угольного месторождения. В золе всегда имеется так называемый недожог, т.е. наличие оксидов CaO и MgO в свободном состоянии, концентрация которых составляет 2…3 \% от веса золы. Суть варианта

III – нейтрализация смеси кислот, получаемых после радиационной обработки, золами ТЭЦ для получения низкосортных вяжущих или наполнителей

в бетонах.

Вариант III. После электрофильтров, облучателя и полых скрубберов с водяным орошением (аналогично варианту II, см. рис. 4.8) смесь кислот направляется в нейтрализатор, где гасится золой, поступающей с электрофильтров. Затем пульпа направляется в загуститель, шлам из которого после сушки и низкотемпературной обработки впоследствии используется в качестве низкосортного вяжущего или наполнителя для бетонов. Слив с загустителя I, представляющий собой 2, с получением товарного продукта в качестве минерального удобрения направляется на орошение скрубберов.

Указанная схема предусматривает одновременную утилизацию как отходящих газов, так и зол ТЭЦ.

Рассмотренными выше вариантами I-III способы радиационно-химичес-кой очистки отходящих газов не исчерпываются. В ряде случаев оказывается возможным получать в качестве товарного продукта достаточно чистые концентрированные кислоты H2SO4 и HNO3. В любом случае использование метода РХО позволяет обеспечить высокое качество очистки выбросов от SO2

и NOx с получением хорошо утилизируемых продуктов. Это выгодно отличает данный метод от существующих (известковый и каталитический) и альтернативных по перспективе (котёл кипящего слоя  или метод прямой газификации угля).

В настоящее время запущено 4 пилотные установки по радиационной газо-очистке (Япония, ФРГ, США-2), рассчитанные на облучение 10…25×103нм3/ч. Наблюдается информацинный бум в развитых странах мира.

Дымовые газы (зола, SO2, NOx, CO2)

_______________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электрофильтры

 

 SO2

 

  NOx

 

 

 H2SO4

 

HNO3

 

Слив

 

Са(NO3)2

Облучатель, ускорители ЭЛВ

 

 

 Зола

 

 SO3 N2O5

 

Орошение скрубберов

 

 

Нейтрализатор

 

Полые скрубберы с водным орошением

Очищенные газы

 

в атмосферу

 

Слив

 

CaSO4 Ca(NO3)2

Зола и продукты взаимо-действия с кислотами

 

 

 

Загуститель I

 

 

Загуститель 2

 

 

 

 Са(NO3)2

 

 

Низкотемпературная термообработка

 

 

Минеральные  удобрения

 

 

 

Низкосортное вяжущее или наполнитель для бетонов

––––––––––––––––––––

 

 

 

 

Рис. 4.8. Схема радиационно-химического обезвреживания

с применением скруббера и золы как нейтрализатора

 

Принимая, что объём выбросов для ТЭЦ мощностью 500 МВт составляет порядка 500000 нм3/ч, на очист