ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Технология снижения тепловых и вредных выбросов в атмосферу от энергетических объектов

Рекомендуемая область пременения

ТЭК, теплоэнергетика, ЖКХ

Назначение, цели и задачи проекта

Проект относится к теплоэнергетике и может быть использован для сниже­ния тепловых и вредных выбросов с дымовыми газами в атмосферу от котельных агрегатов.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

В настоящее время существует ряд способов снижения отдельных видов вы­бросов.

Принципиально существуют два подхода к решению проблемы снижения выбросов соединений серы при сжигании органических топлив:

1) сероочистка дымовых газов;

2) удаление серы из топлива до его сжигания.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Особенностью энергетических объектов, с точки зрения их взаимодействия с окружающей средой, в частности с атмосферой и гидросферой, является наличие тепловых выбросов. Выделение теплоты происходит на всех стадиях преобразова­ния химической энергии органического топлива для выработки электроэнергии, а также при непосредственном использовании тепловой энергии.

Последствия негативного влияния выбросов энергетических объектов на ок­ружающую среду уже сегодня ощущаются во многих регионах планеты, в том числе и в России, а в будущем грозят глобальной экологической катастрофой в связи с этим разработка мер по снижению тепловых загрязняющих выбросов и их практическая реализация весьма актуальны, хотя зачастую требует значительных капитальных вложений. Последнее и является основным тормозом широкого вне­дрения в практику. Хотя принципиально многие вопросы решены, но это не исключает возможности дальнейшего их усовершенствования. При этом следует учиты­вать, что снижение тепловых выбросов, как правило, влечет за собой повышение коэффициента полезного действия энергетической установки.

Разработан, основанный на окислительном способе, вариант очист­ки дымовых газов, утилизации их тепла и улавливаемых компонентов, который включает в себя охлаждение дымовых газов до температуры ниже температуры точки росы, конденсацию водяных паров в трубчатом теплообменнике накопление образовавшегося конденсата для проведения процессов окисления и абсорбции, отвод части конденсата и очищенных дымовых газов, насыщение рециркуляционно­го конденсата озоном и кислородом воздуха и подъем, его в подъ­емной трубе эрлифта в результате смешения с озоновоздушной смесью, распре­деление насыщенного конденсата по абсорбционной секции через распредели­тель жидкости, окисление и абсорбцию окислов азота и окислов серы насы­щенным конденсатом с образованием кислого конденсата, стекающего в поддон, частичную десорбцию озона и кислорода из насыщенного конденсата, смеше­ние их с дымовыми газами, отвод части кислого конденсата, причем, процессы окисления и абсорбции окислов азота и окислов серы из дымовых газов сопро­вождают их охлаждением и проводят в противоточном контакте с движущейся вниз пленкой насыщенного конденсата на внутренней поверхности труб аб­сорбционной секции, охлаждаемых наружным воздухом, после чего дымовые газы дополнительно охлаждают и очищают от капель уносимого насыщенного конденсата, окислов азота и окислов серы в прямоточном контакте с движущей­ся вниз пленкой конденсата на внутренней поверхности груб сепарационной секции, охлаждаемых наружным воздухом, выводимый из поддона кислый кон­денсат подают на очистку от кислотных компонентов в анионитовый фильтр, по­сле чего добавляют в питательную воду, а уловленные кислотные остатки выво­дят в процессе регенерации анионитового фильтра в виде солевого раствора.

Способ реализуется в устройстве, которое изображено на рис. 1.

Предлагаемый способ для очистки дымовых газов, утилизация их тепла и улавливаемых компонентов осуществляется в предлагаемом устройстве сле­дующим образом. Дымовые газы из транзитного газохода 1 направляются через параллельный газоход 3 в зону обработки путем открытия шиберов 4, 5 и за­крытия шибера 2 в межтрубное пространство трубчатого теплообменника 6, по трубам которого циркулирует хладагент (например, питательная вода или дутьевой воздух), где охлаждаются до температуры ниже точки росы и равной (80-90)°С, значение которой принято из условий обеспечения конденсации во­дяных паров, находящихся в дымовых газах и начала реакции окисления труд­норастворимой окиси азота (N0) в легко растворимую двуокись азота (NO₂), со­единяющуюся с водой с образованием азотной кислоты (НNOз). Образовав­шийся свежий конденсат стекает по наружной поверхности труб трубчатого тепло­обменника 6 в поддон 8, а охлажденные дымовые газы поступают в трубное про­странство абсорбционной секции 7, наружную поверхность труб, которой омывают наружным воздухом и контактируют на внутренней поверхности труб абсорбцион­ной секции 7 в противотоке со стекающим вниз в поддон 8 в виде пленки, что обеспечивает максимальную движущуюся силу абсорбции и минимальное гидрав­лическое сопротивление аппарата рециркуляционным конденсатом, насыщенным озоном, кислородом и кислотными компонентами с образованием двуокиси азота (NO₂), серного ангидрита (SО₃), их абсорбцией с образованием азотной и серной ки­слот (НNО₃ и H₂SO₄), причем в результате охлаждения дымовых газов наружным воздухом за счет теплообмена через стенки труб абсорбционной секции 7 от (80-90)°С скорости реакций окисления окислов азота и абсорбции их водой значитель­но возрастают, через переточную камеру 12, где смешиваются с озоном и кислоро­дом, частично десорбирующихся из насыщенного рециркуляционного конденсата на распределителе жидкости 10, поступают в трубное пространство сепарационной секции 11, где за счет теплообмена с наружным воздухом через стенки труб сепара­ционной секции 11 охлаждается от (50-60)°С до (30-40)ИС, очищаясь в результате вышеописанных процессов в прямоточном контакте со стекающей вниз пленкой конденсата, и осаждения на внутренней поверхности труб уносимых капель кон­денсата, после чего через газоход 1 выводится в атмосферу, а конденсат, насы­щенный окислами азота, окислами серы и кислотными компонентами через гидро­затвор 15 попадает в поддон 8, где смешивается со свежим конденсатом из трубча­того теплообменника 6 и насыщенным конденсатом из абсорбционной секции 7, образуя кислый конденсат (смесь разбавленной азотной и серной кислот), боль­шую часть которого смешивают с озоновоздушной смесью поступающей по возду­хопроводу 16 в нижнюю часть подъемной трубы эрлифта 9 (подачу озо­новоздушной смеси начинают при накоплении в поддоне 8 достаточного для прове­дения процесса абсорбции количества конденсата), образуя газожидкостную эмульсию, поднимающуюся вверх по подъемной трубе эрлифта 9 за счет своего малого удельного веса с одновременным поглощением озона и кислорода из озо­новоздушной смеси, их химическим взаимодействием с компонентами кислого конденсата и через устье трубы эрлифта 9 поступает на распределитель жидкости 10. откуда через треугольные водосливы, конструкция которых обеспечивает рав­номерное истечение жидкости, распределяется по внутренней поверхности труб аб­сорбционной секции 7, стекая вниз в поддон 8 в виде пленки, контактируя при этом с дымовыми газами с протеканием вышеописанных процессов, а другую часть ки­слого конденсата, равную количеству конденсата в дымовых газах (отбор начинается после накопления в поддоне 8 достаточного для проведения процесса очист­ки количества конденсата) подают через конденсатопровод 17 в анионитовый фильтр 18 для очистки от кислотных компонентов, после чего очищенный конден­сат добавляют в питательную воду, а уловленные анионитовым фильтром 18 в процессе его регенерации кислотные остатки в виде солевого раствора направляют­ся в хранилище для последующей отправки потребителю.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Примечание. Исходные данные для дальнейших расчетов приняты на при­мере котла КГВМ-100 со следующими технологическими показателями:

- номинальная теплопроизводительность - 420 ГДж/ч;

- расход питательной воды - 1250 м³/ч;

- расход дутьевого воздуха - 130000 м³/ч;

- количество дымовых газов выбрасываемых в атмосферу - 170000 м³/ч;

- температура уходящих газов - 170°С;

- концентрация окислов азота (NO_X) в дымовых газах — ОД4 г/м³;

- количество выбрасываемых в атмосферу NO_X - 24 кг/ч;

- концентрация водяных паров в дымовых газах - 49 г/м³;

- количество выбрасываемых водяных паров в атмосферу - 8,3 т/ч.

При этих условиях применение предлагаемой комплексной очистки и ути­лизации дымовых газов позволяет (полный вариант):

1) повысить коэффициент полезного действия котельного агрегата на 5% за счет снижения температуры уходящих газов, конденсации водяных паров и ис­пользовании их тепла для подогрева дутьевого воздуха и воды, что эквивалентно снижению расхода «условного топлива» на 623 кг/ч или 5400 т/год, а для природ­ного газа, соответственно, на 520 м³/ч или 4,5 млн. м³/год;

2)  снизить расход питательной воды за счет использования уловленного конденсата водяных паров на 5 - 6 т/ч или на 45000 т/год;

3)  утилизировать уловленные из дымовых газов окислы азота в виде рас­твора азотнокислого натрия (NaNO₃) ценного азотного удобрения в количестве (в перерасчете на сухое вещество) ~ 48 кг/ч или 420 т/год;

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Природосбережение. Применение предлагаемой комплексной очистки и ути­лизации дымовых газов позволяет (полный вариант):

- снизить выброс окислов азота (NO_X) в 2 - 3 раза.

Использование   сокращенного   варианта   проекта   (оборудование   котлов струйным воздухоподогревателем) позволяет:

Новые потребительские свойства продукции

Применение предлагаемой комплексной очистки и ути¬лизации дымовых газов позволяет (полный вариант) утилизировать уловленные из дымовых газов окислы азота в виде рас¬твора азотнокислого натрия (NaNO3) ценного азотного удобрения в количестве (в перерасчете на сухое вещество) - 48 кг/ч или 420 т/год

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Сырье и материалы должны соответствовать государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

Разработка находится на уровне законченного научного исследования, подтвержденного патентами РФ на изобретение.

Предлагаемые инвестиции

13 млн. руб.
Стоимость проекта обусловлена, в основном, стоимостью изготовления и монтажа оборудования.
Для полного варианта проекта:
Стоимость изготовления и монтажа оборудования обусловлена, в первую очередь, стоимостью труб из нержавеющей стали или других коррозионостойких материалов, так как основное оборудование установки - трубчатые теп¬лообменники, работающие в агрессивной среде, общей площадью 1200 - 1400 м2 весом 40 - 50 т. и с учетом изготовления и монтажа равна 10-13 млн. руб.
Отсюда срок окупаемости капиталовложений равен 4 года
Для сокращенного варианта проекта (использование струйного воздухопо¬догревателя) стоимость изготовления и монтажа оборудования будет в 5?7 раз меньше в соответствии с уменьшением расхода металла в связи с чем срок окупаемости также уменьшится и составит 0,5?1 год.

Рынки сбыта

Учитывая проблемы тепловых выбросов от источников энергетических объектов эта технология может использоваться на всей территории России и Европейских странах.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая технология не имеет аналогов на мировом рынке аналогичной продукции и услуг.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

48
Для полного варианта проекта 4 года. Для сокращенного варианта проекта (использование струйного воздухопо¬догревателя) 6-12 мес.

Дата поступления материала

20.11.2006