Очистка дымовых газов на ТЭЦ: состав выбросов, устройства и методы очистки, модернизация

Похожие темы:

Для угольных ТЭС характерны значительные выбросы золы и диоксида серы, что требует обязательного применения многоступенчатых систем очистки дымовых газов. При сжигании природного газа объем твердых частиц минимален, однако сохраняется проблема образования оксидов азота, обусловленная высокотемпературным горением. Таким образом, технологическая схема очистки газов ТЭЦ напрямую зависит от топливного баланса станции и проектных параметров котельного оборудования.

Текущие требования к тепловой генерации предусматривают не только соблюдение предельно допустимых выбросов, но и внедрение наилучших доступных технологий, обеспечивающих снижение эмиссий при сохранении энергетической эффективности. Это приводит к необходимости комплексного подхода, включающего оптимизацию процесса горения, модернизацию котлоагрегатов и внедрение высокоэффективных пылегазоочистных установок — электрофильтров, рукавных фильтров, скрубберов, сероочистки и систем денитрификации.

Оксиды азота, образующиеся как за счет окисления азота топлива, так и в результате высокотемпературного окисления атмосферного азота, присутствуют как в угольных, так и в газовых выбросах. Для угольных котлов без специальных мер уровень NOₓ может составлять 600–1200 мг/м³. Применение низкоэмиссионных горелок и ступенчатого горения позволяет снизить уровень до 350–500 мг/м³, а системы селективного каталитического восстановления (SCR) — до 100–200 мг/м³. Для газовых турбин и котлов характерны значения 50–300 мг/м³ в зависимости от технологии горения.

Оксид углерода (CO) является показателем неполного сгорания топлива. На правильно настроенных угольных и газовых блоках его уровень обычно не превышает 50–150 мг/м³, однако при нарушении режима горения может возрастать кратно. Для современных газовых установок с оптимизированным процессом горения характерны значения ниже 50 мг/м³.

В выбросах угольных ТЭС присутствуют тяжелые металлы, включая ртуть, свинец, кадмий, хром и никель. Их содержание измеряется в микрограммах на кубический метр, однако даже такие концентрации имеют экологическое значение из-за токсичности и способности к биоаккумуляции. Значительная часть металлов связана с золой уноса и улавливается совместно с твердыми частицами в электростатических и рукавных фильтрах.

Кроме неорганических компонентов, дымовые газы угольных станций могут содержать полициклические ароматические углеводороды, включая бенз(а)пирен. Эти соединения образуются при неполном сгорании органического топлива и присутствуют в следовых концентрациях, однако относятся к канцерогенным веществам и учитываются при экологическом контроле.

Таким образом, угольные блоки характеризуются комплексным составом выбросов с высокой долей твердых частиц и сернистых соединений, тогда как для газовых блоков основную экологическую нагрузку формируют оксиды азота. Это различие определяет выбор технологической схемы очистки дымовых газов и возможные мероприятия по уменьшению выбросов токсичных веществ ТЭС.

Для качественной фильтрации выбросов ТЭЦ очистка дымовых газов строится по многоступенчатой схеме и зависит от типа топлива, производительности котлоагрегата и нормативных требований по выбросам. Для угольных блоков обязательны системы золоулавливания и сероочистки, для газовых — основное внимание уделяется снижению оксидов азота. Технологическая последовательность очистки, как правило, включает удаление твердых частиц, затем сернистых соединений и на заключительном этапе — снижение уровня NOₓ.

Рукавные фильтры применяются в случаях, когда требуется более глубокая очистка газов ТЭЦ или когда электростатические фильтры работают нестабильно из-за свойств золы. Фильтрация осуществляется через тканевые рукава, на поверхности которых формируется пылевой слой, дополнительно повышающий степень задержания мелкодисперсных частиц. Остаточная концентрация пыли после рукавных фильтров может быть ниже 10 мг/м³. Недостатками являются повышенные требования к температурному режиму и необходимость регулярной регенерации фильтрующих элементов.

Циклоны на ТЭЦ используются преимущественно как предварительная ступень. Они отделяют крупные частицы за счет центробежных сил и разгружают последующие аппараты тонкой очистки. Самостоятельно циклоны не обеспечивают нормативный уровень золоулавливания для энергетических котлов, однако повышают надежность общей схемы.

Оксиды азота образуются при высокотемпературном горении и требуют специальных мер снижения.

Селективное каталитическое восстановление (SCR) обеспечивает наиболее глубокую очистку. В поток дымовых газов вводится аммиак или мочевина, которые в присутствии катализатора восстанавливают NOₓ до азота и воды. Степень снижения может достигать 80–95 %, что позволяет довести концентрацию до 100–200 мг/м³ и ниже. Технология требует стабильного температурного диапазона и периодической замены катализатора.

Селективное некаталитическое восстановление (SNCR) основано на введении реагента в зону с определенной температурой без применения катализатора. Эффективность обычно составляет 30–60 %. Метод менее капиталоемок, но чувствителен к температурному профилю котла.

Ступенчатое горение и применение низкоэмиссионных горелок относятся к первичным методам снижения NOₓ. Они уменьшают образование оксидов азота непосредственно в процессе сжигания топлива и позволяют сократить их концентрацию на 20–50 % без дополнительной газоочистной инфраструктуры.

Газопромыватели очищают воздух путем массообменных процессов между фазами загрязненного газа и жидкостью в специальной колонне. Скрубберы очищают поток до 99.9%. Эффективны при высокой температуре и влажности. Удаляют даже липкие и взрывоопасные аэрозоли.
Ограничения:

• образование сточных вод;
• коррозионная нагрузка.

📌 Тенденции модернизации
В рамках федеральных экологических программ, таких как «Чистый воздух», проводится замена или реконструкция устаревших электрофильтров на более эффективные, с автоматизацией управления и оптимизированной аэродинамикой.
Наряду с этим растёт интерес к рукавным фильтрам, особенно на новых и модернизируемых блоках, где требуется более глубокое удаление мелких частиц.