Экология тепловой и атомной энергетики

Гетерогенно-каталитические методы

Каталитические методы обезвреживания газов позволяют эффективно проводить очистку газов от оксидов азота. Общую схему каталитических методов восстановления можно представить в следующем виде:

.

Каталитические методы дают возможность:

перерабатывать многокомпонентные газы с малыми концентрациями вредных примесей;

добиваться высоких степеней очистки;

вести процесс непрерывно;

избегать в большинстве случаев образования вторичных загрязнителей;

переводить экологически опасные примеси в безвредные или даже в полезные.

Недостатки каталитических методов связаны чаще всего с проблемами поиска, приготовления дешевых катализаторов и обеспечения их длительной эксплуатации.

Основным элементом технологической схемы гетерогенно-каталитического процесса является реактор, загруженный твердым катализатором в виде пористых гранул, колец, шариков или блоков со структурой, близкой к сотовой. Химические превращения происходят на развитой поверхности катализатора, доходящей до 1000 м2/г.

Высокотемпературное каталитическое восстановление осуществляют в присутствии газов восстановителей водорода, оксида углерода, углеводородов (пары керосина, нефтяной и природный газ).

Селективное каталитическое восстановление (СКВ) получило в последние годы наибольшее распространение для очистки газов от NОX. Особенностью этого процесса является взаимодействие используемого восстановителя с оксидами азота в присутствии кислорода.

Особенностью вышеприведенных реакций является значительное влияние кислорода на скорость ее протекания. При изменении концентрации О2 от 0,1 до 1,0 % скорость восстановления резко увеличивается на различных катализаторах (рис.2).

Основные области применения методов СКВ - это очистка отходящих газов от NОХ в производстве азотной кислоты и дымовых газов при сжигании топлива.

Эти факторы значительно сокращают срок службы катализатора, снижают степень очистки от NOX.

Смешение аммиака с потоком очищаемого газа оказывает значительное влияние на эффективность процесса очистки. Обращает на себя внимание использование распределенного ввода аммиака.

Можно выделить два вида катализаторов: формованные и пластинчатые.

По данным немецких специалистов, средние капитальные затраты на установку СКВ для угольной ТЭС составляют от 5 до 6 млн.

Метод СКВ является в настоящее время наиболее распространенным способом удаления NOX из дымовых газов в Японии и Германии.

Нерегенеративные методы Из методов этой группы наиболее широкое применение в промышленности получила абсорбция NOX растворами различных щелочей.

Регулятор напора автоматически, независимо от давления вобщем коллекторе, обеспечивает определенный равномерный расход газа в течение всего периода его подачи в абсорбер.

Необходимую степень абсорбции NОX растворами, содержащими щелочи, в поступающем газе обеспечивают и поддерживают за счет эквимолярного соотношения NО/NО2 = 1, как это вытекает из табл.4, которая иллюстрирует зависимость степени абсорбции оксидов азота при различных отношениях NО/NО2, в газе.

При восстановлении оксидов азота водными растворами карбамида протекают следующие реакции.

Регенеративные методы Как отмечалось ранее, регенеративные методы более перспективны.

Рассеивание в атмосфере выбросов электростанций 1. Дымовые трубы.

Большое распространение нашли одноствольные дымовые трубы, выполненные по типу «труба в трубе» со значительным зазором между стволами, позволяющим обеспечить движение людей и проведение ремонтных работ.

Так как наличие вредных веществ в дымовых газах в сотни и тысячи раз превышает предельно допустимые концентрации, требуется рассеивание дымовых газов в атмосферном воздухе.

Предложенная методика применима для ТЭС, расположенных на ровной или слабопересеченной местности, и позволяет определить при неблагоприятных метеорологических условиях максимально-разовую концентрацию загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на уровне дыхания человека, т. е. на высоте 1,5 м над поверхностью земли.

Предложенный методический подход позволяет рассчитать минимально допустимую высоту дымовых труб при проектировании ТЭС.

При проектировании и эксплуатации электростанций очень важно знать распределение концентраций вредных веществ на уровне дыхания людей на различных расстояниях от электростанции.

Контроль состава и концентрации вредных веществ в уходящих газах котлов.

Оптический метод основан на явлении поглощения света при прохождении его через пылегазовую среду.

Пример системы автоматизированного контроля за состоянием атмосферы показан на рис.6, где показана АСК ЗВ Запорожской ГРЭС.

Сбросные воды ГЗУ значительно загрязнены взвешенными веществами, имеют повышенную минерализацию и в большинстве случаев повышенную щелочность.

Восприимчивость живых организмов к токсичным веществам с повышением температуры обычно увеличивается.

Какое же влияние оказывают на природные водоемы отдельные загрязнители, характерные для ТЭС?

Шлам, находящийся в сбросных водах предочисток водоподготовительных установок, содержит органические вещества.

Обработка сбросных вод водоподготовительных установок Методы очистки сточных вод подразделяются на механические (физические), физико-химические, химические и биохимические.

В соответствии с условиями сброса сточных вод технология их очистки состоит обычно из трех этапов:

Продувочная вода из осветлителя направляется в сборную емкость.

Сточные воды ионообменной части водоподготовительной установки, если не считать некоторого количества грубодиперсных примесей, поступающих при взрыхлении фильтров, представляют собой истинные растворы солей.

Если сброс сточных вод в водоем нарушает эти условия, то необходимо применять предварительную нейтрализацию.

Очистка сточных вод, содержащих нефтепродукты.

Отстаивание нефтепродуктов производится в нефтеловушках.

При наличии тонущих примесей в сточной воде они выпадают на дно нефтеловушки, сгребаются тем же скребковым транспортером в приямок и при помощи данного клапана (или гидроэлеватора) выводятся из нефтеловушки.

При фильтровании сточных вод частицы нефтепродуктов выделяются из потока воды на поверхности зерен фильтрующего материала и заполняют наиболее узкие поровые каналы.

Регенерацию фильтра следует производить водяным паром давлением 0,03...0,04 МПа через верхнее распределительное устройство.

На рис.11 показан разработанный ВТИ и Теплоэлектропроектом и внедренный на Киевской ТЭЦ-5 вариант схемы нейтрализации и обезвреживания обмывочных вод РВП.

К числу эффективных катализаторов, нашедших практическое применение, относятся самые различные вещества - от минералов, которые используются почти без всякой предварительной обработки, и простых металлов до сложных соединений заданного состава и строения. Обычно каталитическую активность проявляют вещества с ионной связью, обладающие сильными межатомными полями. Одно из основных требований, предъявляемых к катализатору, - устойчивость его структуры и свойств в условиях реакции. Например, металлы не должны в процессе реакции превращаться в неактивные соединения.

В настоящее время достигнут значительный прогресс в теории и практике гетерогенных каталитических процессов, связанных с глубоким превращением различных веществ. На основе изучения химических закономерностей катализа, развития теории физической и химической адсорбции, детального изучения кинетики и механизмов каталитических реакций разработаны научные основы приготовления катализаторов для различных промышленных процессов. Современные катализаторы реакций обезвреживания характеризуются высокой активностью и селективностью в отношении целевых реакций, механической прочностью и устойчивостью к действию ядов и температуры. Производимые в промышленности катализаторы в виде колец и блоков сотовой структуры обладают малым гидравлическим сопротивлением и высокой удельной поверхностью.

Наибольшее распространение получили каталитические методы обезвреживания отходящих газов в неподвижном слое катализатора. В связи с этим можно выделить два принципиально различных метода осуществления процесса газоочистки: стационарный и искусственно создаваемый нестационарный.

При стационарном методе обезвреживания приемлемые для практики скорости химических реакций реализуются на большинстве дешевых промышленных катализаторов при 200...600 °С. После очистки газов от пыли (до 10...20 мг/м3) и различных каталитических ядов (As, Сl2, и др.) их температура оказывается значительно ниже. Таким образом, для проведения процесса обезвреживания стационарным методом отходящие газы необходимо нагреть за счет ввода горячих дымовых газов. Отходящие горячие очищенные газы после прохождения слоя катализатора могут выбрасываться непосредственно в атмосферу или служить для нагрева исходной смеси в рекуперативных трубчатых теплообменниках. При концентрации горючих примесей в отходящих газах более 4...5 г/м3 процесс очистки рекуперацией тепла можно проводить без дополнительных затрат энергии.

Стационарным методом обезвреживания затруднительно переработать газы с переменными нагрузками и изменяющимися концентрациями. Наличие внешнего теплообмена повышает параметрическую чувствительность системы и увеличивает опасность перегревов и спекания катализатора даже при небольшом увеличении концентрации примесей и (или) уменьшении расхода газа. Эффективная работа таких аппаратов возможна только при постоянных концентрациях (расходах) или совершенных системах автоматического управления процессом.

Промышленно освоенные каталитические методы восстановления NОХ условно можно разделить на два основных класса:

высокотемпературное каталитическое восстановление, которое протекает только в безкислородной среде при использовании в качестве восстановителя горючих газов;

селективное каталитическое восстановление (СКВ), особенностью которого является взаимодействие используемого восстановителя с оксидами азота в присутствии кислорода.

Есть и отождествление экологического менеджмента с преимущественно региональным развитием производства, а, следовательно, превращением его в региональное управление.

Экологический менеджмент это тип управления, принципиально

ориентированный на формирование и развитие экологического производства и экологической культуры жизнедеятельности человека. Это тип управления, построенный на социально-экономическом и социально-психологическом мотивировании гармонии взаимоотношений человека с природой.

Концепция экологического менеджмента включает полный комплекс проблем управления, связанных с экологическими процессами как объектом управления.

Экологический менеджмент - это новая концепция управления производством и обществом по целям, критериям, приоритетам и мотивам развития социоприродных процессов.

Необходимость экологического менеджмента определяется не только резким ухудшением экологической обстановки, кризисом окружающей среды, но и закономерными тенденциями развития современного производства, такими как — дифференциация регионального размещения производства; увеличение производственных мощностей по потребностям новых технологий; обострение влияния производства не только на природу региональную, но и общее мировое пространство; разделение стран в мировой экономике на производителей опасных отходов и их поглотителей (концентрация отходов); возникновение политического содержания экологического сознания и мировоззрения; тенденции научно-технического прогресса (биотехнологии, ядерные технологии и пр.).

Необходимо рассмотреть некоторые наиболее важные аспекты этой концепции экологического менеджмента. В первую очередь это касается принципов экологического менеджмента. Именно в них в наибольшей степени проявляется и его особенность, и его содержание.


На главную