Содержание к диссертации
Введение 5
ГЛАВА I. АНАЖЗ МЕТОДОВ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1.1. Способы очистки газовых выбросов
1.2. Термические методы обезвреживания газовых выбросов 16
1.2.1. Технология термической очистки 18
1.2.2. Кинетические закономерности дожигания органических примесей 30
1.3. Обезвреживание газовых выбросов в топках промышленных котлов 34
1.4. Оценка эффективности термического обезвреживания газовых выбросов 38
1.5. Постановка задачи исследования 43
ГЛАВА 2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМИ ЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕШВАНИЯ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ В КОТЕШЫХ АГРЕГАТАХ 46
2.1. Теплообмен в топке котла при повышенных избытках воздуха 47
2.2. Тепловой расчет котельного агрегата в режимах термического обезвреживания газовых выбросов 50
2.2.1. Тепловой баланс котла 57
2.2.2. Расчет теплообмена в топочной камере 60
2.2.3. Позонный тепловой расчет топочной камеры 64
2.2.4. Расчет поверхностей нагрева 67
2.2.5. Аэродинамический расчет котла 69
2.3. Влияние режима термического обезвреживания на рабочие характеристики котлов ДКВР 71
2.3.1. Влияние избытка воздуха 72
2.3.2. Влияние температуры газовых выбросов 80
2.4. Технико-экономические показатели очистки газовых выбросов в топках котлов 83
2.5. Сравнение затрат на очистку в термоката литическом реакторе и в топке котла 89
2.6. Выводы 91
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫХОДА ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ГОРЕНИИ С ПОВЫШЕННЫМИ ИЗБЫТКАМИ ВОЗДУХА 93
3.1. Методика экспериментальных исследований 94
3.2. Исследование закономерностей образования оксидов азота 100
3.2.1. Влияние повышенных избытков воздуха 102
3.2.2. Влияние добавок углеводородов ПІ
3.2.3. Влияние подмешивания воздуха к природному газу П4
3.3. Выход продуктов неполного горения при повышенных избытках воздуха И8
3.4. Выводы 123
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СТИРОЛА И ФОЕМАЛЬДВШДА В ТОПКЕ КОТЛА 125
4.1. Влияние подачи газовых выбросов на работу котельного агрегата 126
4.2. Исследование выгорания токсичных веществ в топке котла 132
4.2.1. Исследование выгорания паров стирола 132
4.2.2. Исследование выгорания паров формальдегида 137
4.3. Эффективность термического обезвреживания газовых выбросов при повышенных.избытках . воздуха 139
4.3.1. Исследование выхода оксидов азота в топке котла при повышенных избытках воздуха 144
4.3.2. Влияние токсичности продуктов сгорания на эффективность нейтрализации газовых выбросов 147
4.4. Выводы 151
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ СИСТМ ТЕВШЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ С МНОГО КРАТНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗДУХА 153
5.1. Технология производства декоративных покрытий 153
5.1.1. Технология и оборудование 153
5.1.2. динамика газовыделения и состав газовых выбросов 159
5.2. Токсичность газовых выбросов производства декоративных покрытий 166
5.3. Многократное использование воздуха в технологии 170
5.3.1. Сокращение объема газовых выбросов 170
5.3.2. Оценка эффективности использования воздуха 176
5.4. Работа промышленной системы термического обезвреживания газовых выбросов 180
5.5. Выводы 187
ОБЩИЕ ВЫВОДЯ 189
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 192
ПРИЛОЖЕНИЯ 205
Введение к работе
В "Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на I98I-I985 гг.", утвержденных ХХУТ съездом КПСС, предусмотрены разработка и осуществление мероприятий по охране окружающей среды, рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов / I /.
Для решения поставленных задач необходимо широко внедрить в производство перспективные методы очистки промышленных выбросов и сократить объем отходов производства, особенно газообразных.
Многие процессы в промышленности сопровождаются выбросом в атмосферу технологических газов и загрязненного воздуха, содержащих вредные вещества. Вопросы обезвреживания выбросов становятся решающими при размещении новых и расширении действующих предприятий. При современных масштабах производства, когда вместе с отработанным воздухом в атмосферу выбрасываются миллионы тонн различных органических веществ, важно не только решить задачу обезвреживания выбросов, но и использовать их энергетический потенциал, что даст ощутимую экономию топлива.
Отличительная черта проблемы - ее комплексный характер, обусловленный сложным переплетением противоречивых тенденций технологии, экономики и охраны окружающей среды.
В технологии важнейшей задачей является создание малоотходных процессов. Применительно к газообразным отходам усовершенствование технологии должно в первую очередь обеспечить небольшой объем выбросов. Между тем, традиционный подход заключается в уменьшении массы выбрасываемых вредных веществ, а объем воздуха, в котором они содержатся (собственно объем газообразных выбросов), чаще не принимается во внимание. Однако, затраты на га зоочистку возрастают пропорционально объему перерабатываемых газов. Масса улавливаемых или нейтрализуемых веществ влияет на стоимость очистки в значительно меньшей степени.
Очистка больших объемов газовых выбросов, содержащих примеси органических веществ в малых концентрациях, обычно осуществляется путем термической или термокаталитической нейтрализации этих веществ до безвредных соединений.
Настоящая диссертация посвящена исследованию, разработке и внедрению метода термического обезвреживания и использования газовых выбросов в топках котлов в едином комплексе с технологическими процессами. При этом, основное внимание уделено снижению себестоимости очистки, в первую очередь, уменьшению расхода топлива и сокращению объемов газообразных отходов путем создания мало- и безотходных технологий.
В первой главе диссертации приведен литературный обзор методов обезвреживания промышленных газовых выбросов. Отмечено, что для очистки газовых выбросов от органических веществ чаще применяются абсорбционный, адсорбционный, каталитический и термический методы. Выбор метода зависит от объема газовых выбросов, состава вредных веществ, их концентрации, наличия энергореоур-сов, топливосжигающих установок и оценивается с помощью технико-экономического анализа.
Для обезвреживания больших объемов газовых выбросов с содержанием органических веществ менее I г/м3 наиболее перспективно дожигание выбросов в топках промышленных котлов и технологических топках. Этот метод является наиболее универсальным как по химическому составу, так и концентрациям микропримесей, отличается простым аппаратурным оформлением, надежностью и эффективностью.
Во второй главе дано описание математической модели и алгоритма теплового расчета котельного агрегата в режиме термического обезвреживания газовых выбросов. Выполнены теоретические и расчетные исследования влияния режимов нейтрализации и параметров потока газовых выбросов на теплотехнические и экономические характеристики котла. Рассмотрены граничные условия форсирования котла по расходу воздуха, исходя из необходимости пол--ного, окисления органических вредных веществ и сохранения основных функций котла по выработке пара.
Выполнено технико-экономическое сравнение методов очистки загрязненного воздуха в топках котлов и каталитических реакторах с учетом затрат на транспортировку газовых выбросов от источника их образования к установкам очистки. Показано, что и при повышенных избытках воздуха в топке котла, в диапазоне о( -=1,1+2,2, процесс термической очистки выбросов экономичнее процесса каталитической очистки в реакторе равной пропускной способности.
В третьей главе приводятся данные экспериментальных исследований образования вредных веществ при горении с повышенными избытками воздуха. Рассмотрены три способа сжигания газа, отличающихся подачей топлива и окислителя в зону горения. Исследовано образование N0, N0 СО и НСНО при периферийной и центральной подачах струй газа в тангенциально закрученный поток воздуха, а также при стехиометрическом сжигании газа с последующим быстрым разбавлением вторичным воздухом. Основное внимание в исследованиях обращено на переход N0 в /1/ , влиянию на этот процесс добавок углеводородов в воздух и подмешивания воздуха в природный газ.
В четвертой главе представлены данные режимных испытаний котлов ДОР-ІО-ІЗ при форсировке их по расходу воздуха (выбросов). При испытании контролировались основные эксплуатационные параметры котельных агрегатов.
В условиях работающей системы термического обезвреживания газовых выбросов проведено промышленное исследование процесса дожигания паров стирола и формальдегида в топке котла.
Исследовано влияние вредных веществ, генерируемых в процессе дожигания, на эффективность обезвреживания технологических выбросов.
В пятой главе рассмотрены процессы газообразования в технологии производства декоративных покрытий. Разработан способ многократного использования воздуха с целью сокращения объема газовых выбросов. Предложен показатель эффективности использования воздуха для оценки малоотходных по газовым выбросам технологий.
Представлены данные о работе системы термического обезвреживания газовых выбросов производства декоративных покрытий в едином комплексе с промышленной котельной.
В приложении к диссертации даны документы о внедрении системы термического обезвреживания и расчет экономической эффективности. Представлен перечень работ, по которым выполнены рабочие чертежи или выданы задания на проектирование. Приведен также полный текст разработанной программы с вдентификацией перемен ных и условными обозначениями.
Основные положения диссертационной работы прошли апробацию на следующих семинарах и конференциях:
I. Всесоюзном семинаре-совещании по защите воздушного бассейна от вредных выбросов производства синтетических моющих средств (г.Киев, 1977 г.);
2. Республиканской конференции молодых ученых - "Молодые энергетики в борьбе за технический прогресс" (г.Киев, 1979 г.);
3. Всесоюзном семинаре по механизму образования и методам подавления окислов азота в продуктах сгорания топлива (г.Киев, 1981 г.);
4. Всесоюзном совещании, по опыту рационального использования топлива и защите воздушного бассейна (г.Кириши, 1982 г.).
5. Республиканском научно-техническом совещании "Совершенствование топочных процессов в парогенераторах с целью экономии топливно-энергетических ресурсов и защиты окружающей среды" (г.Харьков, 1984 г.).
Материалы диссертации опубликованы в 7 печатных работах.
На П Всесоюзном конкурсе молодых ученых "ЭКОТЕХНИКА-82", проведенным ГКНТ СССР, ЦК ВЛКСМ и ВС НТО, работа "Система термического обезвреживания газовых выбросов с многократным использованием воздуха" награждена дипломом.
Диссертационная работа выполнена в Институте газа Академии наук УССР в соответствии с планом НИР и целевой комплексной научно-технической программой Госплана УССР РН 85.02 "Разработать новые эффективные методы борьбы с загрязнением воздушного бассейна".
