В данной статье произведен обзор методов защиты атмосферы от загрязнения твердыми продуктами сгорания (в т. ч. уголь), рассмотрены их преимущества и недостатки.
Ключевые слова: топливо, уголь, атмосфера, продукты сгорания
Возрождение широкого использования угля в энергетике определяется его преимуществами, в первую очередь в сочетании с дефицитом наиболее качественных видов топлива и высокими ценами на них. Это характерно для всего мира.
Очевидно, что мировая экономика не может обойтись без угля. В свою очередь, уголь считается экологически неприемлемым топливом, так как он оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Уголь содержит различные минеральные компоненты, примеси, тяжелые металлы, азот и серу.
При сгорании топлива выделяется много азотистых и сернистых оксидов, летучих частиц (зола и пыль), и наибольшее количество СО2 на 1 ед. произведенной энергии по сравнению с другими видами топлива.
При использовании низкосортных углей необходимо добиваться оптимального размещения потребителей, технологии и реализации мероприятий, направленных на снижение вредных выбросов. Все это необходимо для того, чтобы экологическая система «земля-вода-воздух» не страдала от загрязнения вредными веществами, от теплового загрязнения, от вредного воздействия на почву и от неблагоприятных изменений ландшафта.
При существующем способе использования органического топлива больше всего страдает атмосфера. Она интенсивно загрязняется твердыми и газообразными продуктами сгорания, а также остаточным теплом дымовых газов.
Существующие методы защиты атмосферы от загрязнения твердыми продуктами сгорания, а также остаточным теплом дымовых газов можно разделить на группы:
- Применяемые до процесса сжигания.
- Используемые в процессе сжигания.
- Состоящие в обработке продуктов сгорания.
- Не связанные с проблемой сжигания (т. е. такие методы исключают возникновение самой проблемы).
Методы предварительной очистки до сжигания основаны на методах глубокой химической и физической очистки. Физические методы основаны на использовании углеобразующих минералов, которые позволяют разделять минеральные и органические части топлива.
Традиционные методы физической очистки обеспечивают удаление до 30 процентов серы. Для углей с большим содержанием пиритной серы удаление может достигать 50 процентов.
Эффективность удаления серы из топлива в значительной мере определяется формой, в которой сера содержится в топливе. Например, для углей, содержащих серу преимущественно в летучей форме, очисткой топлива можно снизить его содержание на 30–60 процентов.
Особое внимание заслуживает газификация угля, при которой на первом этапе происходит частичное сгорание угля при недостатке воздуха в присутствии водяного пара, причем наряду с диоксидом углерода образуются водород и оксид углерода. После этого, на втором этапе, полученный газ сжигают при избытке воздуха. Такая двухступенчатая схема позволяет устранить серу из продуктов газификации и получить чистое газообразное топливо для окончательного сжигания. Следствием восстановительной операции на первом этапе является переход серы из угля в HS или в COS. Эти виды соединений серы являются наиболее выгодными не только с точки зрения удаления вредных веществ из газа, но также и потому что они упрощают получение элементарной серы. Второе преимущество такого использования угля заключается в том, что объем газа после газификации меньше объема продуктов сгорания после полного сгорания. Определенным недостатком газификации угля можно считать то обстоятельство, что получается низкокалорийный газ, теплота сгорания которого примерно в 3 раза меньше, чем у городского газа. Этот отрицательный фактор можно было бы компенсировать, сжигая полученный газ в газовых турбинах, т. к. в комбинированном парогазовом цикле можно было бы повысить общий энергетический КПД до 50 процентов, в то время как использование классического парового цикла позволяет получить КПД только до 40 процентов. Однако раз для сжигания в газовых турбинах должен быть тщательно очищен от большинства загрязнений, включая твердые частицы.
Вторым направлением в борьбе с вредными выбросами, возникающими в процессе сжигания низкосортных углей, состоит в связывании серы добавкой молотого известняка, подаваемого в топливо или непосредственно в топочную камеру котельной установки. Препятствием для реализации этого направления в энергетике является слишком высокая температура, образующаяся в топках пылеугольных котлов, даже при использовании топок с твердым шлакоудалением.
Новым перспективным решением проблемы является сжигание топлива в кипящем слое при температуре 850°С.
Третье направление — обработка дымовых газов для снижения концентрации сернистого ангидрида. К настоящему времени предложено свыше 100 различных способов очистки дымовых газов от SO, однако некоторые из них являются лишь усовершенствованием уже известных. Все известные способы обессеривания продуктов сгорания можно разделить на «сухие» и «влажные», на циклические (с регенерацией) и без регенерации. Достоинством их является то, что они автономны по отношению к основному процессу ТЭС. Благодаря этому, установки по обессериванию дымовых газов можно монтировать на существующих электростанциях пpи наличии необходимых площадей между котлом и дымовой трубой. Кроме того, работа установок обессеривания мало зависит от свойств сжигаемого топлива и слабо влияет на надежность работы основного оборудования. Недостатком всех этих способов сероочистки является то обстоятельство, что они не решают проблемы эффективного сжигания низкосортных углей с высокой зольностью.
Четвертое направление в борьбе с загрязнением атмосферы включает в себя комплекс мероприятий, не связанных непосредственно с источником образования вредных выбросов.
К этому направлению относят:
− увеличение рассеивания вредных веществ с помощью дымовых труб;
− применение системы сжигания двух видов топлива;
− введение системы сигнализации при недопустимом повышении загазованности и на ее основе — регулирование промышленных выбросов в атмосферу;
− перераспределение источников загрязнения, точнее снижений нагрузки ТЭС в районах с повышенной загазованностью.
Литература:
- Асланян Г. С. Экологически чистые угольные технологии. Аналитический обзор. Москва, Центр энергетической политики, 2004. — 66 с.
- Рихтер Л. А., Волков Э. П. Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов ТЭС М.: Энергоиздат, 1981. — 296 с.
