Використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях

Законодавство України та Європейського Союзу з охорони навколишнього природного середовища вимагає суттєвого скорочення викидів діоксиду сірки на теплоелектростанціях. Для цього слід спроектувати, виготовити та спорудити установку з десульфуризації димових газів, що відповідає європейським критері...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Наука та інновації
Datum:	2017
Hauptverfasser:	Вольчин, І.А., Коломієць, О.М.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2017
Schlagworte:	Наукові основи інноваційної діяльності
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/124892
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях / І.А. Вольчин, О.М. Коломієць // Наука та інновації. — 2017. — Т. 13, № 4. — С. 21—29. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-124892
record_format	dspace
spelling	Вольчин, І.А. Коломієць, О.М. 2017-10-11T13:22:21Z 2017-10-11T13:22:21Z 2017 Використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях / І.А. Вольчин, О.М. Коломієць // Наука та інновації. — 2017. — Т. 13, № 4. — С. 21—29. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin13.03.021 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/124892 Законодавство України та Європейського Союзу з охорони навколишнього природного середовища вимагає суттєвого скорочення викидів діоксиду сірки на теплоелектростанціях. Для цього слід спроектувати, виготовити та спорудити установку з десульфуризації димових газів, що відповідає європейським критеріям найкращих доступних технологій. Необхідною умовою є визначення оптимальних параметрів на змінних режимах роботи очисної установки. В статті представлено результати числового моделювання роботи установки напівсухого сіркоочищення для зв’язування діоксиду сірки димових газів, які надходять з котельного агрегату типу ТПП-210А енергоблоку електричною потужністю 300 МВт. Установка десульфуризації працює за напівсухим методом з використанням в якості сорбенту амоніакової води. За результатами дослідження встановлено розміри робочої зони реактора як головної частини сіркоочисної установки. Визначено спосіб подавання та витрату амоніаку і води, що використовуються для приготування розчину і зрошення газового потоку. Виконано оцінку витрат розчину амоніаку й води залежно від обсягу димових газів і води та вхідної температури газів. The environmental protection legislation of Ukraine and the European Union requires a significant reduction in sulfur dioxide emissions at thermal power plants. Therefore, the need to design, to produce, and to build an installation for flue gas desulfurization in compliance with European best practice. The necessary condition is to determine optimal parameters for variable modes of purifying installation. The article presents the results of numerical modeling of semidry desulfurization plant to bind sulfur dioxide in flue gases coming from the boiler TPP-210A of 300 MW power unit. The desulfurization plant works on the semidry method using ammonium water as sorbent. Upon the results of research, the size of reactor operating area as main part of desulfurization plant has been established, the method for feeding ammonia and water used to prepare the solution and to irrigate flue gas flow has been defined. The consumption rate of ammonia solution and water has been estimated depending on volume of flue gas and water and inlet temperature of gases. Законодательство Украины и Европейского Союза по охране окружающей природной среды требуют существенного снижения выбросов диоксида серы на теплоэлектростанциях. Для этого необходимо спроектировать, изготовить и построить установку для десульфуризации дымовых газов, которая отвечает критерию наилучшей доступной технологии. Необходимым условием есть определение оптимальных параметров на переменных режимах роботы очистной установки. В статье представлены результаты численного моделирования работы установки полусухой сероочистки для связывания диоксида серы дымовых газов, поступающих из котельного агрегата типа ТПП-210А энергоблока электрической мощностью 300 МВт. Установка десульфуризации работает по полусухому способу с использованием в качестве сорбента аммиачной воды. По результатам исследования установлены размеры рабочей зоны реактора, как главной части сероочистной установки. Определён также способ подачи и расход аммиака и воды, которые используются для приготовления раствора и орошения газового потока. Выполнена оценка расхода раствора аммиака и воды в зависимости от объема дымовых газов, а также температуры газов и воды. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наука та інновації Наукові основи інноваційної діяльності Використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях Use of Ammonia Semidry Technology fof Flue Gas Desulfurization in Coal Power Plants Использование технологии полусухой аммиачной десульфуризации димовых газов на угольных электростанциях Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях
spellingShingle	Використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях Вольчин, І.А. Коломієць, О.М. Наукові основи інноваційної діяльності
title_short	Використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях
title_full	Використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях
title_fullStr	Використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях
title_full_unstemmed	Використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях
title_sort	використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях
author	Вольчин, І.А. Коломієць, О.М.
author_facet	Вольчин, І.А. Коломієць, О.М.
topic	Наукові основи інноваційної діяльності
topic_facet	Наукові основи інноваційної діяльності
publishDate	2017
language	Ukrainian
container_title	Наука та інновації
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
format	Article
title_alt	Use of Ammonia Semidry Technology fof Flue Gas Desulfurization in Coal Power Plants Использование технологии полусухой аммиачной десульфуризации димовых газов на угольных электростанциях
description	Законодавство України та Європейського Союзу з охорони навколишнього природного середовища вимагає суттєвого скорочення викидів діоксиду сірки на теплоелектростанціях. Для цього слід спроектувати, виготовити та спорудити установку з десульфуризації димових газів, що відповідає європейським критеріям найкращих доступних технологій. Необхідною умовою є визначення оптимальних параметрів на змінних режимах роботи очисної установки. В статті представлено результати числового моделювання роботи установки напівсухого сіркоочищення для зв’язування діоксиду сірки димових газів, які надходять з котельного агрегату типу ТПП-210А енергоблоку електричною потужністю 300 МВт. Установка десульфуризації працює за напівсухим методом з використанням в якості сорбенту амоніакової води. За результатами дослідження встановлено розміри робочої зони реактора як головної частини сіркоочисної установки. Визначено спосіб подавання та витрату амоніаку і води, що використовуються для приготування розчину і зрошення газового потоку. Виконано оцінку витрат розчину амоніаку й води залежно від обсягу димових газів і води та вхідної температури газів. The environmental protection legislation of Ukraine and the European Union requires a significant reduction in sulfur dioxide emissions at thermal power plants. Therefore, the need to design, to produce, and to build an installation for flue gas desulfurization in compliance with European best practice. The necessary condition is to determine optimal parameters for variable modes of purifying installation. The article presents the results of numerical modeling of semidry desulfurization plant to bind sulfur dioxide in flue gases coming from the boiler TPP-210A of 300 MW power unit. The desulfurization plant works on the semidry method using ammonium water as sorbent. Upon the results of research, the size of reactor operating area as main part of desulfurization plant has been established, the method for feeding ammonia and water used to prepare the solution and to irrigate flue gas flow has been defined. The consumption rate of ammonia solution and water has been estimated depending on volume of flue gas and water and inlet temperature of gases. Законодательство Украины и Европейского Союза по охране окружающей природной среды требуют существенного снижения выбросов диоксида серы на теплоэлектростанциях. Для этого необходимо спроектировать, изготовить и построить установку для десульфуризации дымовых газов, которая отвечает критерию наилучшей доступной технологии. Необходимым условием есть определение оптимальных параметров на переменных режимах роботы очистной установки. В статье представлены результаты численного моделирования работы установки полусухой сероочистки для связывания диоксида серы дымовых газов, поступающих из котельного агрегата типа ТПП-210А энергоблока электрической мощностью 300 МВт. Установка десульфуризации работает по полусухому способу с использованием в качестве сорбента аммиачной воды. По результатам исследования установлены размеры рабочей зоны реактора, как главной части сероочистной установки. Определён также способ подачи и расход аммиака и воды, которые используются для приготовления раствора и орошения газового потока. Выполнена оценка расхода раствора аммиака и воды в зависимости от объема дымовых газов, а также температуры газов и воды.
issn	1815-2066
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/124892
citation_txt	Використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях / І.А. Вольчин, О.М. Коломієць // Наука та інновації. — 2017. — Т. 13, № 4. — С. 21—29. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT volʹčinía vikoristannâtehnologíínapívsuhoíamoníakovoídesulʹfurizacíídimovihgazívnavugílʹnihelektrostancíâh AT kolomíêcʹom vikoristannâtehnologíínapívsuhoíamoníakovoídesulʹfurizacíídimovihgazívnavugílʹnihelektrostancíâh AT volʹčinía useofammoniasemidrytechnologyfoffluegasdesulfurizationincoalpowerplants AT kolomíêcʹom useofammoniasemidrytechnologyfoffluegasdesulfurizationincoalpowerplants AT volʹčinía ispolʹzovanietehnologiipolusuhoiammiačnoidesulʹfurizaciidimovyhgazovnaugolʹnyhélektrostanciâh AT kolomíêcʹom ispolʹzovanietehnologiipolusuhoiammiačnoidesulʹfurizaciidimovyhgazovnaugolʹnyhélektrostanciâh
first_indexed	2025-11-26T17:41:20Z
last_indexed	2025-11-26T17:41:20Z
_version_	1850766038345449472
fulltext	21 І.А. Вольчин, О.М. Коломієць Інститут вугільних енерготехнологій НАН України, вул. Андріївська, 19, Київ, 04070, Україна тел. +380 44 425 5068; факс +380 44 537 2241; e-mail: ceti@i.kiev.ua ВИКОРИСТАННЯ ТЕХНОЛОГІЇ НАПІВСУХОЇ АМОНІАКОВОЇ ДЕСУЛЬФУРИЗАЦІЇ ДИМОВИХ ГАЗІВ НА ВУГІЛЬНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯХ © І.А. ВОЛЬЧИН, О.М. КОЛОМІЄЦЬ, 2017 Законодавство України та Європейського Союзу з охорони навколишнього природного середовища вимагає суттєвого скорочення викидів діоксиду сірки на теплоелектростанціях. Для цього слід спроектувати, виготовити та спорудити установку з десульфуризації димових газів, що відповідає європейським критеріям найкращих до- ступних технологій. Необхідною умовою є визначення оптимальних параметрів на змінних режимах роботи очисної установки. В статті представлено результати числового моделювання роботи установки напівсухого сіркоочищення для зв’язування діоксиду сірки димових газів, які надходять з котельного агрегату типу ТПП-210А енергоблоку елек- тричною потужністю 300 МВт. Установка десульфуризації працює за напівсухим методом з використанням в якості сорбенту амоніакової води. За результатами дослідження встановлено розміри робочої зони реактора як головної частини сіркоочисної установки. Визначено спосіб подавання та витрату амоніаку і води, що використовуються для приготування розчину і зрошення газового потоку. Виконано оцінку витрат розчину амоніаку й води залежно від об- сягу димових газів і води та вхідної температури газів. К л ю ч о в і с л о в а: десульфуризація, амоніак, хімічний реактор, енергоблок. ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2017, 13(4): 21—29 doi: https://doi.org/10.15407/scin13.03.021 Теплові електричні станції (ТЕС) України належать до найбільших джерел забруднення атмосферного повітря діоксидом сірки через значні викиди внаслідок щорічного спалюван- ня десятків мільйонів тон вугілля, що містить сірку [1]. Природоохоронне законодавство Ук- раї ни та Європейського Союзу вимагає суттє- вого скорочення викидів діоксиду сірки, які є основними серед викидів інших забруднюю- чих речовин [2, 3]. В Україні на ТЕС встанов- лено 42 енергоблоки електричною потужністю 300 МВт кожен [1]. Директивою 2010/75/EU про промислові викиди визначено, що для та- ких котлоагрегатів концентрація діоксиду сір- ки у димових газах не повинна перевищувати 200 мг/нм3, а в разі спалювання високосірчис- того вугілля — не більше 400 мг/нм3 за умови дотримання ефективності сіркоочисної уста- новки не менше 95 % [3]. На сьогодні на ТЕС України установки з де- сульфуризації взагалі відсутні. Нагальною умо- вою участі України в Енергетичному співтова- ристві є спорудження установок з ефективною технологією зв’язування діоксиду сірки. На сьогодні для видалення SO2 з відхідних газів, які утворюються при згоранні викопного па- лива, існує значна кількість промислових тех- нологічних розробок [4]. Хімічне зв’язу ван ня діоксиду сірки можливе реагентами, що міс- тять кальцій (Ca) (гашене вапно, вапняк), маг- ній (Mg), натрій (Na), манган (Mn), амоніак (NH3) та ін. [5]. Важливим чинником при виб- орі технології очищення є швидкість та умови розчинення реагенту, які суттєво впливають на ефективність видалення SO2 , і розміри хіміч- ного реактора, в якому відбувається основне 22 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2017, 13 (4) І.А. Вольчин, О.М. Коломієць зв’язування діоксиду сірки. Однією з сучасних технологій є метод напівсухої амоніакової де- сульфуризації [6]. При моделюванні процесу видалення SO2 за основу взято енергетичний блок ТЕС елек- тричною потужністю 300 МВт, що має у своє- му складі двокорпусний котельний агрегат ТПП-210А, в якому спалюється антрацит. Ме- тою математичного дослідження є отримання даних, які потрібні для розробки Технічного завдання на проектування установки десуль- фуризації димових газів та складання Техно- логічного регламенту роботи такої установки. В ході дослідження необхідно визначити розміри робочої зони сіркоочисної установки (хімічного реактора), спосіб подавання рідини (розчину реагенту та зрошувальної води) у ре- актор, тип форсунок для впорскування ріди- ни, а також режимні параметри: витрати роз- чину й води, швидкість та температуру газів у робочій зоні реактора залежно від наванта- ження на енергетичний блока та метеороло- гічних умов навколо нього. Дані отримані роз- рахунковим методом на основі оригінальної математичної моделі [7]. Модель враховує аб- сорбцію газів рідиною, випаровування води з крапель, протолітичні реакції у рідкій фазі та реакції приєднання у газовій фазі потоку. Та- ким чином, вона дозволяє визначати концент- рацію хімічних сполук в обох фазах. РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Для зв’язування діоксиду сірки димових газів запропоновано використання напівсухої амоніакової технології. Це дозволить, по-пер- ше, отримувати на виході корисний продукт у вигляді порошку сульфату амонію (NH4)2SO4, який можна використовувати як мінеральне азотне добриво. По-друге, такий спосіб дає мож- ливість виключити розчинення сорбенту у суспензії твердого реагенту, тобто усунути процес, який впливає на розміри й ефектив- ність установки, тому що швидкість розчинен- ня кальцієвого сорбенту невисока. По-третє, технологія дозволяє уникнути утворення твер- дих відкладень у форсунках, які розпилюють рідину, та на поверхні реактора. У газовому тракті вугільного енергоблоку установка десульфуризації розміщена після золовловлювача, наприклад, електростатич- ного фільтра (ЕСФ). Для вловлення дрібно- дисперсних твердих частинок субпродукту, що утворюється в результаті процесу хімічного зв’язування SO2 , за реактором додатково вста- новлюють рукавний фільтр. Окрім того, на по- верхні рукавів також відбувається хімічне зв’язування діоксиду сірки [5]. Таким чином, рукавний фільтр є другим ступенем сіркоочи- щення. Залежно від конструкції рукавного фільтра та частоти струшування накопиченого на рукавах лужного пилу, додаткова ефектив- ність уловлення діоксиду сірки може станови- ти 5—20 % [5]. З одного корпусу парогенератора ТПП-210А на номінальному навантаженні після ЕСФ витрата димових газів становить 180,8 нм3/с, а при температурі 150 °C вона дорівнює ≈ 280,2 м3/с або 1,008 млн. м3/год. Витрата реа- генту визначається вмістом діоксиду сірки у димових газах. При об’ємній концентрації SO2 1181 млн—1 (ppm) для забезпечення ефектив- ності не менше 90 % питома витрата NH3 має становити 1,615 г/нм3. Робочий розчин реа- генту готується з 25%-го водного розчину амоніаку та технічної води. Сумарна витрата води повинна забезпечувати максимально мож- ливу ефективність процесу і бути такою, щоб після висихання крапель рідини, температура відхідних газів на виході апарата перевищува- ла температуру водяної точки роси не менш, ніж на 15 °C для запобігання хімічної корозії газоходів [4]. У такому випадку сумарна пито- ма витрата води становить 51,611 г/нм3. За та- ких витрат NH3 та H2O вміст амоніаку в роз- чині буде біля 3 %. Робоча зона проектованого хімічного реак- тора має циліндричну форму. Вхідна і вихідна частини реактора виконані у формі дифузора і конфузора, відповідно. Знизу подаються ди- мові гази, а зверху очищені гази виводяться з 23ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2017, 13 (4) Використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях реактора. У нижній частині робочої зони у га- зовий потік через форсунки впорскується роз- чин амоніаку. Діаметр робочої зони хімічного реактора визначається площею прохідного перетину, від якої залежить середня швидкість руху ди- мових газів. У свою чергу, від швидкості газів залежить час їх перебування у робочій зоні, а від швидкості крапель рідини відносно швид- кості газів залежить швидкість випаровування води та тривалість висихання крапель. Розра- хунки показали, що при зміні діаметра робочої зони хімічного реактора від 7 до 11 м, швид- кість газів на вході у зону знаходиться у діапа- зоні 2,9—7,3 м/с (рис. 1), а на виході з неї — у діапазоні 2,5—6,1 м/с. Також встановлено, що швидкість димових газів має малий вплив на ефективність зв’язування діоксиду сірки. Це пояснюється дуже низькою відносною швид- кістю крапель при таких швидкостях газів. Че- рез 200 мс після впорскування рідини у потік швидкість крапель стає майже рівною швид- кості газів. Тому конвективна складова пере- носу молекул води з пограничного шару крап- лі у гази відсутня. Таким чином, рух молекул води з краплі в газову фазу відбувається тіль- ки за рахунок дифузії. При однопотоковому способі подачі розчину краплі розміром 100 мкм висихають приблизно за 5 с незалежно від швидкості руху у вказаних вище діапазонах. Висота робочої зони реактора визначається часом висихання крапель. За означених умов необхідна висота зони змінюється від 33,1 м до 13,5 м залежно від діаметра зони. Для апаратів подібного типу (наприклад, скруберів) спів- відношення висоти до діаметра, зазвичай ко- ливається від 4 до 6. Базуючись на результатах всього комплексу числових досліджень робо- ти апарата, було прийнято, що внутрішній діа- метр робочої зони дорівнює 9 м, а висота — 40 м. У роботі [8] викладено результати числово- го дослідження процесів у сіркоочисній уста- новці промислового масштабу, прототипом якої була установка для групи вугільних кот- лів тепловою потужністю по 50 МВт на ТЕС «Люблін», Польща. Установку розраховано на меншу витрату димових газів з меншим вміс- том діоксиду сірки порівняно з установкою, що розглядається. Наведені дослідження про- довжують роботу [8]. Зокрема, розглянуто ус- тановку з видалення діоксиду сірки з димових газів, що надходять з котлоагрегату у складі енергоблока електричною потужністю 300 МВт української ТЕС, де більша витрата газів і ви- щий вміст SO 2. Окрім того, виявлено більшу кількість параметрів, що впливають на ефек- тивність роботи хімічного апарата. Результати числових досліджень [8] показали, що на но- мінальному режимі однопотоковий спосіб по- дачі рідини (розчину), тобто коли вона вся по- дається на вході в робочу зону реактора, є менш ефективним, ніж двопотоковий, тобто, коли слабкий розчин реагенту та зрошувальна вода подаються окремо. При двопотоковому способі розчин і вода можуть подаватися з різ- ною послідовністю. За способом «вода-роз- чин» спочатку вводиться вода, а потім розчин. За способом «розчин-вода» навпаки, вводить- ся спочатку розчин, а потім вода. Причому, у другому випадку ефективність є вищою, ніж у першому. Ш ви дк іс ть г аз ів , м /с В ис от а ро бо чо ї з он и, м Внутрішній діаметр робочої зони, м 7 8 9 10 11 8 3 1 2 35 4 15 6 25 2 5 Рис. 1. Вплив діаметра робочої зони на швидкість газів на вході (1), швидкість газів на виході (2), висоту робо- чої зони (3) 24 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2017, 13 (4) І.А. Вольчин, О.М. Коломієць Цей ефект обумовлено наступними чинни- ками. Якщо спочатку подається зрошувальна вода, то краплі абсорбують SO2, але хімічне зв’язування у них не відбувається через від- сутність реагенту. Окрім того, при зменшенні маси крапель внаслідок випаровування води, діоксид сірки повертається у газову фазу по- току. У подальшому, введення крапель розчи- ну амоніаку в частково охолоджену газову фазу призводить до меншої емісії газоподібно- го NH3 з розчину у газове середовище. Тому SO2 абсорбують і хімічно зв’язують тільки краплі розчину амоніаку, але у цьому випадку існує небезпека викиду газоподібного амоніа- ку на виході з реактора. Після подачі крапель розчину сорбенту від- бувається не тільки хімічне зв’язування діок- сиду сірки гідроксидом амонію (NH4OH), а й вихід амоніаку з крапель розчину у газову фазу відповідно до закону Рауля [9]. При по- дальшому впорскуванні крапель зрошуваль- ної води ними поглинається не лише SO2, а й NH3. Внаслідок цього у краплях відбувається хімічне зв’язування діоксиду сірки. При моде- люванні роботи пропонованого хімічного ре- актора було встановлено, що при однопотоко- вому способі подачі рідини ефективність зв’язування SO2 становить близько 76 %, при застосуванні способу «вода-розчин» — 81 %, а за способом «розчин-вода» ефективність може сягати понад 92 %. На рис. 2 показано, що при способі подачі рідини «розчин-вода» на ефективність зв’язу- вання діоксиду сірки впливає відстань між рів- нями розташування по висоті реактора фор- сунок для впорскування розчину реагенту та зрошувальної води. Зменшення відстані приз- водить до зниження ефективності. Це відбу- вається через зменшення часу випаровування води з крапель, тобто часу їх існування. Так, час «життя» крапель зменшується майже на 45 %, а ефективність — на 4 %, причому спо- чатку вона зменшується повільно, а при біль- шому перекритті потоків крапель розчину й води — різко падає. Встановлено також, що на номінальному режимі роботи сіркоочисної ус- тановки оптимальна відстань між рівнями по- давання рідини становить 8,3 м. При цьому, 60 % води вводиться у реактор в розчині амоніаку, а 40 % — зі зрошувальною водою. Подальше збільшення відстані не призводить до підвищення ефективності. Слід зазначити, що при двопотоковому способі подачі рідини, Рис. 3. Вплив температури води на витрату води: 1 — разом, 2 — у розчині, 3 — на зрошення П ит ом а ви тр ат а во ди , г /н м 3 Початкова температура води, °С 10 15 20 25 30 3 1 2 49,5 54,5 44,5 39,5 34,5 29,5 24,5 19,5 Е ф ек ти вн іс ть з в’ яз ув ан ня , % Ч ас іс ну ва нн я кр ап ел ь, с Відстань між рівнями подачі рідини, м 1 2 93 92 91 90 0 3 6 9 5 7 9 11 Рис. 2. Вплив відстані між рівнями подачі рідини на ефективність зв’язування реагентів (1) та час існування крапель рідини (2) 25ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2017, 13 (4) Використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях початковий масовий вміст амоніаку у розчині повинен становити біля 5 %. Сезонне коливання температури атмосфер- ного повітря (зима—літо) призводить до зміни температури технічної води і димових газів. Розрахунки режимів роботи хімічного реакто- ра з двопотоковою подачею рідини за спосо- бом «розчин-вода» показали, що зміна почат- кової температури технічної води у діапазоні 10—30 °C майже не впливає на ефективність очисної установки, і вона приблизно дорівнює 92,4 %. Слабкий вплив пояснюється тим, що масова витрата води є у 27 разів меншою за витрату газів, хоча теплоємність води у 4 рази вище теплоємності димових газів. Витрату во- ди потрібно збільшувати при підвищенні її тем- ператури (рис. 3), щоб компенсувати зростан- ня швидкості випаровування води з крапель. При цьому достатньо збільшити витрату тіль- ки зрошувальної води, а витрату 5 %-го розчи- ну амоніаку слід залишати постійною. Аналогічною є зміна ефективності і при змі- ні початкової температури димових газів в діа- пазоні 130—170 °C. При таких температурах ефективність роботи установки приблизно дорівнює 92,5 ± 0,2 %. До того ж, більші зна- Таблиця 1 Витрата рідини за різної температури газів Параметр Значення Температура газів, °C 130 140 150 160 170 25%-й розчин NH3 , кг/с 1,168 Вода для розчину, кг/с 4,674 5%-й розчин NH3 , кг/с 5,842 Зрошувальна вода, кг/с 1,553 2,8010 3,784 4,752 5,736 Витрата води, кг/с 6,227 7,475 8,458 9,426 10,410 Витрата води, т/год 22,415 26,909 30,447 33,933 37,473 Рис. 4. Вплив температури газів на витрату води: 1 — разом, 2 — у розчині, 3 — на зрошення П ит ом а ви тр ат а во ди , г /н м 3 Початкова температура води, °С 130 140 150 160 170 3 1 2 60 70 50 40 30 20 10 0 Е ф ек ти вн іс ть з в’ яз ув ан ня , % Ч ас в ип ро бу ва нн я, с Навантаження реактора, % 60 70 80 90 100 1 2 96,0 96,5 95,0 95,5 94,5 94,0 93,5 93,0 92,5 92,0 17 18 15 16 14 13 12 11 10 9 Рис. 5. Вплив навантаження на ефективність зв’язування діок сиду сірки (1) та на час перебування газу у робочій зоні (2) 26 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2017, 13 (4) І.А. Вольчин, О.М. Коломієць чення відповідають меншим температурам. Проте питому витрату зрошувальної води по- трібно значно збільшувати при підвищенні температури газів (рис. 4) для компенсації росту швидкості випаровування води з кра- пель, коли зростає тепловий потік, який вно- ситься газами у хімічний реактор. У таблиці 1 наведено інформацію про витрату води за різ- ної початкової температури газів. У процесі роботи парогенератора його на- вантаження може відхилятись від номіналь- ного, внаслідок чого пропорційно буде зміню- ватися й обсяг димових газів. За результатами розрахунків встановлено, що при зниженні витрати газів на 35 %, ефективність зв’язува- ння діоксиду сірки підвищується з 92,4 % до 96 %, тобто на 3,6 % (рис. 5). До того ж, час пе- ребування газів в робочій зоні збільшується майже у 1,5 рази. Початкова сумарна питома витрата води залишається постійною і дорів- нює 51,611 г/нм3, але витрати розчину й зро- шувальної води в абсолютному вимірі (кг/с) потрібно зменшувати пропорційно зниженню навантаження. У таблиці 2 наведено витрати розчину й води при різному навантаженні хімічного реактора. Як показано вище, при ро- боті хімічного реактора виникає необхідність змінювати витрату розчину та/або зрошуваль- ної води. У разі зниження навантаження котла можна вимикати частину форсунок, що впорс- кують рідину у газовий потік. Розмір крапель рідини впливає на ефектив- ність зв’язування діоксиду сірки, оскільки від їх величини залежить загальна площа поверх- ні крапель. В свою чергу, від площі залежить швидкість абсорбції та випаровування води. У більшості випадків виникає потреба змінити витрату води, що може призводити до зміни розміру крапель. Вплив розміру крапель зро- шувальної води у діапазоні від 50 мкм до 150 мкм на ефективність роботи показано на рис. 6. Так, при збільшенні розміру крапель з 100 мкм до 150 мкм ефективність процесу Рис. 6. Вплив розміру краплі води на ефективність зв’язу- вання діоксиду сірки (1) та на висоту робочої зони (2) Е ф ек ти вн іс ть з в’ яз ув ан ня , % В ис от а ро бо чо ї з он и, м Розмір крапель води, мкм 50 70 90 110 130 150 1 2 96 92 94 90 88 86 84 75 55 65 45 35 25 15 Таблиця 2 Витрата рідини за різного навантаження реактора Параметр Значення Навантаження, % 100 90 80 70 65 25%-й розчин NH3 , кг/с 1,168 1,052 0,935 0,818 0,759 Вода для розчину, кг/с 4,674 4,206 3,739 3,272 3,038 5%-й розчин NH3 , кг/с 5,842 5,258 4,674 4,090 3,797 Зрошувальна вода, кг/с 3,784 3,405 3,027 2,649 2,459 Витрата води, кг/с 8,458 7,611 6,766 5,921 5,497 Витрата води, т/год 30,447 27,402 24,357 21,313 19,790 27ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2017, 13 (4) Використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях зростає на 3 % за рахунок того, що більші крап- лі довше «живуть» у гарячому газовому пото- ці. Спостерігається також збільшення частки хімічного зв’язування діоксиду сірки в газовій фазі. При зменшенні розміру крапель з 100 мкм до 50 мкм ефективність процесу падає на 6 %, оскільки краплі швидше випаровуються. Про- те збільшення розміру крапель може призвес- ти до значного збільшення необхідної висоти робочої зони хімічного реактора. Раніше про- ведені дослідження показали, що оптималь- ним розміром крапель є 100 мкм [7]. ВИСНОВКИ За результатами математичного досліджен- ня роботи установки напівсухого амоніаково- го очищення димових газів від діоксиду сірки, які утворюються при спалюванні антрациту у двокорпусному котельному агрегаті ТПП-210А енергоблока потужністю 300 МВт, встановле- но наступне: 1. Для впровадження напівсухого сіркоочи- щення на енергоблоці потужністю 300 МВт доцільно спорудити два хімічні реактори з внутрішнім діаметром робочої зони 9 м і висо- тою 40 м. Зважаючи, що розмір крапель рідини є визначальним для вибору висоти хімічного реактора, оптимальний розмір крапель стано- вить 100 мкм. Витрата димових газів на один реактор становить близько 1 млн. м3/год за тем ператури 150 °C. Обидва реактори встанов- люються по ходу газів після золовловлювачів (електрофільтрів). Для уловлення дрібнодис- персних частинок субпродукту після реакторів встановлюються рукавні фільтри. 2. У кожному реакторі використано спосіб двопотокової подачі рідини за схемою «роз- чин-вода», як оптимального, коли у газовий потік на вході робочої зони впорскуються краплі 5%-го розчину амоніаку, а на відстані близько 8,3 м впорскуються краплі зрошу- вальної води. На виході з хімічного реактора уся введена волога має випаруватися, а утво- рені дрібні частинки сульфату амонію повинні уловлюватися в рукавному фільтрі. 3. Температура технічної води та димових газів змінюється внаслідок сезонних коливань температури атмосферного повітря. Темпера- тура технічної води у діапазоні 10—30 °C май- же не впливає на ефективність очисної уста- новки. Але зміна температури димових газів у діапазоні 130—170 °C потребує регулювання витрати зрошувальної води відповідно розра- хункам, наведеним у таблиці 1. 4. Витрати розчину і зрошувальної води по- винні відповідати навантаженню реактора для підтримки максимальної ефективності зв’язу- вання діоксиду сірки. Інформацію про витрату рідини залежно від навантаження сіркоочис- ної установки подано у таблиці 2. 5. На номінальному режимі витрата 5%-го розчину амоніаку в одному хімічному реакторі становить 5,8 кг/с, а зрошувальної води — 3,8 кг/с. Загальна витрата води на реактор ста- новить 33,6 т/год. Регулювання температури очищених газів на виході з реактора здійс- нюється шляхом зміни витрати зрошувальної води. Регулювання витрати розчину амоніаку здійснюється за рівнем концентрації діоксиду сірки у димових газах на виході з рукавного фільтра. При зміні навантаження енергоблоку вит- рату рідини можна зменшувати шляхом від- ключення частини форсунок, що впорскують розчин реагенту й зрошувальну воду у робочу зону хімічного реактора. Для подавання ріди- ни запропоновано використовувати пневма- тичні форсунки, які здатні забезпечувати пот- рібну дисперсність крапель рідини. 6. Розрахунки показали, що температура газів на виході з очисної установки становити- ме не менше 60 °C та перевищуватиме темпе- ратуру водяної точки роси не менше, ніж на 15 °C, що дозволяє уникнути хімічної корозії газоходів. З урахуванням зв’язування діоксиду сірки у рукавному фільтрі, його концентрація не пере- вищуватиме 169 мг/нм3, а загальна ефектив- ність процесу десульфуризації димових газів становитиме не менше 95 %. 28 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2017, 13 (4) І.А. Вольчин, О.М. Коломієць ЛІТЕРАТУРА 1. Вольчин І., Дунаєвська Н., Гапонич Л., Чернявський М., Топал О., Засядько Я. Перспективи впровадження чистих вугільних технологій в енергетику України. Київ, 2013. 308 с. 2. Наказ Мінприроди України від 22.10.2008 р. № 541 «Про Затвердження технологічних нормативів до- пустимих викидів забруднюючих речовин із тепло- силових установок, номінальна теплова потужність яких перевищує 50 МВт». URL: http://zakon2.rada. gov.ua/laws/show/z1110-08/ (дата звернення: 30.03.2017). 3. Directive 2010/75/EU of the European Parliament and of the Council of 24 November 2010 on industrial emissions (integrated pollution prevention and control) (Recast). Official Journal L334. 2010. P. 17—119. 4. Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC). Reference Document on the Best Available Techniques for Large Combustion Plants. July 2006. Institute for Prospective Technological Studies (Seville). 5. Srivastava R., Jozewicz W. Flue Gas Desulfurization: The State of the Art. Journal of the Air & Waste Management Association, December 1, 2001. 6. Volchyn I., Iasynetskyi A., Przybylski W., Maicher M. Semidry Desulphurization for Coal Boilers. Proc. of the Seventh International Conference on Clean Coal Technologies (CCT-15). Krakow, 17—21 May, 2015. Clean Coal Centre of the International Energy Agency. URL: www.iea-coal.org (дата звернення: 30.03.2017). 7. Коломієць О.М., Ясинецький А.О. Моделювання на- півсухого аміачного методу видалення діоксиду сір- ки. Енерготехнології та ресурсозбереження. 2014. № 5—6. С. 69—77. 8. Вольчин І.А., Коломієць О.М., Ясинецький А.О. Чис- лове дослідження процесу сіркоочистки напівсухим аміачним методом. Энерготехнологии и ресурсосбере- жение. 2015. № 3. С. 60—68. 9. Dean John A. Lange's Handbook of Chemistry. Fifteenth Edition. McGraw-Hill, Inc. 1999. 1291 p. Стаття надійшла до редакції 14.12.16 REFERENCES Volchyn I., Dunayevska N., Haponych L., Chernyavskyi M., 1. Topal A., Zasyadko Ya. Prospects for the Implemen tation of Coal Clean Technologies in the Energy Sector of Ukraine. Kyiv, 2013. 308 p. [in Ukrainian]. Order of the Ministry of Environmental Protection of 2. Ukraine of 22.10.2008 No 541 «On approval technologi- cal standards of permissible pollutant emissions from com - bus tion plants with the rated thermal input exceeding 50 MW». URL: http://zakon2.rada.gov.ua/laws/show/ z1110-08/ [in Ukrainian]. (Last accessed: 30.03.2017). D3. irective 2010/75/EU of the European Parliament and of the Council of 24 November 2010 on industrial emissions (integrated pollution prevention and control) (Recast). Official Journal L334. 2010: 17–119. Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC). 4. Reference Document on the Best Available Techniques for Large Combustion Plants. July 2006. Institute for Prospective Technological Studies (Seville). Srivastava R., Jozewicz W. Flue Gas Desulfurization: 5. The State of the Art. Journal of the Air & Waste Mana- gement Association, December 1, 2001. 2001. V. 51: 1676—1688. Volchyn I., Iasynetskyi A., Przybylski W., Maicher M. 6. Semidry Desulphurization for Coal Boilers. Proc. of the Seventh International Conference on Clean Coal Technologies (CCT-15). Krakow, 17—21 May, 2015. Clean Coal Centre of the International Energy Agency. URL: www.iea-coal.org (Last accessed: 30.03.2017). Kolomiets A.M., Yasinetskyi A.O. Modeling of Semi-7. Dry Ammonia Method of Removing Sulfur Dioxide. Energotekhnologii i resursozberezhenie. 2014. No. 5—6: 69—77 [in Ukrainian]. Volchyn I.A., Kolomiets A.M., Yasinetskiy A.O. 8. Numerical Study of Desulphurization Process by the Ammonium Semi-Dry Method. Energotekhnologii ta resursozberezhennia. 2015. No. 3: 60—68 [in Ukrainian]. Dean John A. 9. Lange's Handbook of Chemistry. Fifteenth Edition. McGraw-Hill, Inc. 1999. 1291 p. Received 14.12.16 Volchyn, I.A., and Kolomiets, A.M. Coal Energy Technology Institute, the NAS of Ukraine,19, Andriyvska St., Kyiv, 04070, Ukraine; tel.: +380 44 425 50 68; fax +380 44 537 22 41; e-mail: ceti@i.kiev.ua USE OF AMMONIA SEMIDRY TECHNOLOGY FOF FLUE GAS DESULFURIZATION IN COAL POWER PLANTS The environmental protection legislation of Ukraine and the European Union requires a significant reduction in sul- fur dioxide emissions at thermal power plants. Therefore, the need to design, to produce, and to build an installation for flue gas desulfurization in compliance with European best practice. The necessary condition is to determine opti- mal parameters for variable modes of purifying installation. The article presents the results of numerical modeling of semidry desulfurization plant to bind sulfur dioxide in flue gases coming from the boiler TPP-210A of 300 MW power unit. The desulfurization plant works on the semidry me- thod using ammonium water as sorbent. Upon the results of research, the size of reactor operating area as main part of desulfurization plant has been established, the method for 29ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2017, 13 (4) Використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях feeding ammonia and water used to prepare the solution and to irrigate flue gas flow has been defined. The consumption rate of ammonia solution and water has been estimated de- pending on volume of flue gas and water and inlet tempera- ture of gases. Keywords : desulfurization, ammonia, chemical reactor, and power unit. И.А. Вольчин, А.М. Коломиец Институт угольных энерготехнологий НАН Украины, ул. Андреевская, 19, Киев, 04070, Украина тел. +380 44 425 5068; факс +380 44 537 2241; e-mail: ceti@i.kiev.ua ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУСУХОЙ АММИАЧНОЙ ДЕСУЛЬФУРИЗАЦИИ ДИМОВЫХ ГАЗОВ НА УГОЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ Законодательство Украины и Европейского Союза по охране окружающей природной среды требуют сущест- венного снижения выбросов диоксида серы на тепло- электростанциях. Для этого необходимо спроектировать, изготовить и построить установку для десульфуризации дымовых газов, которая отвечает критерию наилучшей доступной технологии. Необходимым условием есть оп- ределение оптимальных параметров на переменных ре- жимах роботы очистной установки. В статье представле- ны результаты численного моделирования работы уста- новки полусухой сероочистки для связывания диоксида серы дымовых газов, поступающих из котельного агрега- та типа ТПП-210А энергоблока электрической мощнос- тью 300 МВт. Установка десульфуризации работает по полусухому способу с использованием в качестве сор- бента аммиачной воды. По результатам исследования установлены размеры рабочей зоны реактора, как глав- ной части сероочистной установки. Определён также способ подачи и расход аммиака и воды, которые ис- пользуются для приготовления раствора и орошения га- зового потока. Выполнена оценка расхода раствора ам- миака и воды в зависимости от объема дымовых газов, а также температуры газов и воды. Ключевые слова : десульфуризация, аммиак, хими- ческий реактор, энергоблок.

Використання технології напівсухої амоніакової десульфуризації димових газів на вугільних електростанціях

Institution

Ähnliche Einträge