где qу.г, qх.н, qн.о — относительные потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания топлива, от наружного охлаждения.

Тогда КПД-неттокотла по уравнению обратного баланса:

η_нетто = η_бр - q_с.н,

где qс.н — расход энергии на собственные нужды, %.

пределение КПД по уравнению прямого баланса проводят преимущественно при отчетности за отдельный период (декада, месяц), а по уравнению обратного баланса — при испытании отопительногокотла. Вычисление КПД котла по обратному балансу значительно точнее, так как погрешности при измерении потерь теплоты меньше, чем при определении расхода топлива.

аким образом, для повышения эффективностикотла недостаточно стремиться к снижению тепловых потерь; необходимо также всемерно сокращать расходы тепловой и электрической энергии на собственные нужды, которые составляют в среднем 3...5% теплоты, располагаемой котельным агрегатом.

зменениеКПДкотла зависит от его нагрузки. Для построения этой зависимости нужно от 100% вычесть последовательно все потери котельного агрегата, которые зависят от нагрузки, т.е. qу.г, qх.н, qн.о. Как видно, КПДкотла при определенной нагрузке имеет максимальное значение. Работа котла на этой нагрузке наиболее экономична.

50. Полное количество теплоты, полезно используемое в водогрейном котле – 100 МВт. Коэффициент полезного действия котла – 90 %. Определите расход природного газа, подаваемого в топку котла, если его теплота сгорания равна 30 МДж/м³. Тепло, внесенное в топку топливом и воздухом при его подогреве вне котла, не учитывать.

(d) В=Q₁/(ηQ_н^р)=100/(0,9·30)=3,7 м³/с.

51. Паропроизводительность котла – 50 т/ч. Расход природного газа на котел составляет 1,5 м³/с. Определите отнесенное к 1м³ топлива количество теплоты, воспринятое паром в пароперегревателе, если в процессе перегрева пара его энтальпия меняется на величину 620 кДж/кг.

(c) 620·50·1000/(1,5·3600)=5741кДж/м³.

52. Определите средний температурный напор в водяном экономайзере, если температура продуктов сгорания на входе в него составляет 700 °C, а на выходе равна 450 °C. Температура воды на входе в экономайзер составляет 100 °C, на выходе – 150 °C. Схема движения – противоток.

(b) 450 К.

Температуру воды на выходе из экономайзера принимаем t_в2=150°,

Температура воды на входе в экономайзер составляет t_в1=100 °C.

Температура продуктов сгорания на входе в него составляет t_г1=700°C, а на выходе равна t_г2=450 °C.

Тогда средний температурный напор будет:

Δt=(t_г1- t_г2)/ln[(t_г1- t_вср)/(t_г2- t_вср)] =

(700-450)/ ln[(700- 25)/(450- 25)] =539°C.

Где t_вср =(t_в2- t_в1)/2=(150-100)/2=25°C.

Или Δt=[(t_г1- t_в2)+ (t_г2- t_в1)]/2= [(700-150)+(450-100)]/2=450°C.

53. Поверхность нагрева водяного экономайзера составляет 1000 м². Средний температурный напор в экономайзере – 400 К. Коэффициент теплопередачи равен 100 Вт/(м²·К). Определите величину тепловосприятия экономайзера, отнесенного к 1м³ топлива, если расход природного газа составляет 5м³/с.

(a) 8000 кДж/м³.

q=F Δt k/В=1000·400·100/(5·1000)=8000кДж/м³.

54. Коэффициент сопротивления трения движению потока зависит от

(d) относительной шероховатости стенок канала и числа Рейнольдса.

Для функциональной зависимости (λ) существуют четыре характерные области. Первая область соответствует ламинарному режиму движения (Re <2300). В этом режиме внутренние слои движутся параллельно друг другу, а количество элементарных струек, копирующих рельеф выступов шероховатости и имеющих повышенные потери энергии, невелико, поэтому коэффициент трения в этом режиме не зависит от шероховатости трубы. На основе теоретического анализа закономерностей ламинарного режима движения потока Пуазейль получил зависимость для определения потерь напора на трение:

где: m - динамический коэффициент вязкости, Па^. с;

r - плотность жидкости, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с².

Приравнивая правые части уравнений (1.5) и (1.6) и, учитывая, что комплекс равен числовому значению числа Рейнольдса, получим выражение для определения коэффициента Дарси

отсюда:

и, с учётом этого, потерянный на трение напор равен:

Вторая область - начало турбулентного потока (2320< Re< 10⁵). В этом режиме выступы шероховатости не вызывают завихрения смывающей их жидкости, а значит и дополнительных сопротивлений и потери энергии. Коэффициент трения в этом режиме не зависит от шероховатости стенок трубопровода, он определяется значением числа Рейнольдса. Коэффициент трения в этом режиме рассчитывается по формуле Блаузиуса:

Третья область - развитой турбулентный режим, соответствующий числу Рейнольдса 10⁵ < Re < 10⁶. В этом режиме толщина ламинарного подслоя постепенно уменьшается и становится равной высоте выступов шероховатости стенок трубопровода, а затем и меньше. На выступы накатывается турбулентный поток, это вызывает дополнительное сопротивление движению потоков. Эта область сопротивления определяется по уравнению Альтшуля:

Четвертая область, соответствующая числовому значению Re > 10⁶ - автомодельная. В этом режиме роль шероховатости стенок трубы становится определяющей, а числовое значение потери напора пропорциональна скорости во второй степени. Коэффициент трения в этом режиме определяют по формуле Шифринсона:

55. Изотермический поток газа, плотность которого равна 0,8 кг/м³, движется в канале со скоростью 5 м/с. Длина канала – 10 м, эквивалентный диаметр – 0,5 м. Коэффициент сопротивления трения составляет 0,025. Определите величину сопротивления трения движению потока.

(d) нет правильного ответа.

h_тр=λlρw²/2dg=0,025·10·5²/2·0,5·9,81=0,5Па.

56. Коэффициент местного сопротивления пучков труб при поперечном их омывании зависит

(с) от количества рядов труб, расположения труб в пучке и от критерия Рейнольдса.

57. Поток газа, плотность которого равна 0,8 кг/м³, поперечно омывает пучок труб. Скорость потока газа в сжатом сечении газохода составляет 5 м/с. Определите сопротивление пучка труб, если коэффициент местного сопротивления пучка труб равен 4.

(а) 4Па.

h_тр=ζρw²/2g=4·0,8·25/2·9,81=4 Па.

58. Чем определяется выбор высоты дымовой трубы?

(с) обеспечением рассеивания вредных веществ до допустимых санитарными нормами концентраций в зоне нахождения людей и полным давлением дымососа.

Выбор высоты дымовой трубы. В современных производственных и отопительных котельных дымовая труба служит не для создания тяги, а для отвода продуктов сгорания на определенную высоту, при которой обеспечивается рассеивание вредных веществ до допустимых санитарными нормами концентраций в зоне нахождения людей (ПДК).

Для выбора высоты дымовой трубы осуществляют расчет рассеивания вредных примесей в атмосфере, который производится при неблагоприятных метеорологических условиях, а именно при опасной скорости ветра. Под опасной скоростью ветра понимают скорость, при которой концентрация вредных примесей на уровне обитания человека достигает максимальных значений.

Наилучшее рассеивание вредных веществ в атмосфере достигается при отводе всех дымовых газов котельной или ТЭС через одну трубу.

Дымовая труба представляет собой сложное и дорогостоящее сооружение. Ее конструкция зависит от высоты, агрессивности дымовых газов, мощности источника выброса дымовых газов, свойств золы и способа золоулавливания.

При слабоагрессивных и неагрессивных дымовых газах применяются, как правило, необслуживаемые дымовые трубы с коническим газоотводящим стволом и с вентилируемым воздушным зазором или без него. При сжигании сернистых мазутов или углей, образующих агрессивные дымовые газы, целесообразна установка обслуживаемых дымовых труб высотой более 240 м с газоотводящим стволом постоянного сечения из стали или кислотоупорного материала. Трубы с противодавлением в зазоре рекомендуется сооружать высотой 240 м и ниже.

Дымовые трубы с отдельными газоотводящими стволами могут выполняться одноствольными и многоствольными. В железобетонной оболочке многоствольной трубы размещается несколько металлических стволов с наружной теплоизоляцией. Между стволами сооружаются лестницы и площадки обслуживания.

Основное требование, предъявляемое к дымовым трубам, – это их высокая надежность. В течение всего срока эксплуатации (30 – 50 лет) труба должна обеспечивать работу ТЭС или котельной без проведения ремонтов. Такая надежность достигается при выполнении всех требований расчета, проектирования и строительства труб с учетом теплового, агрессивного и механического воздействия газов и окружающей среды.

59. В каких аппаратах выделение твердых примесей, содержащихся в газах, происходит под действием центробежных сил?

(с) в циклонах.

Очистка продуктов сгорания от золы и пыли. Эффективность работы золоулавливающих устройств зависит от физико-химических свойств золы и транспортирующих ее дымовых газов. Основными параметрами золы являются плотность, дисперсный состав, удельное электрическое сопротивление, слипаемость.

Для очистки газов от золы и пыли применяются аппараты, различающиеся по конструкции и принципу осаждения частиц (рис. 7.1). Их подразделяют на четыре группы: «сухие» механические, «мокрые» механические, фильтры и электрофильтры.

Золо-пылеуловители характеризуются эффективностью улавливания, которая представляет собой отношение массы уловленной пыли к общему количеству пыли, поступающей в аппарат.

К «сухим» механическим аппаратам относятся: осадительные камеры, циклоны, инерционные, жалюзийные, вихревые и динамические пылеуловители.

Они отличаются простотой изготовления и эксплуатации. Однако эффективность улавливания пыли в них не всегда достаточна, поэтому их используют в основном для предварительной очистки газов.

Осадительные камеры представляют собой пустотелые или с горизонтальными полками камеры (рис. 7.1. а). В них используется гравитационное осаждение частиц при прохождении газа через объем аппарата со скоростью 0,2–0,8 м/с.

Жалюзийные золо-пылеуловители (рис. 7.1. б)просты по конструкции и имеют небольшое гидравлическое сопротивление. Они состоят из жалюзийной решетки и пылеуловителя (циклона). Назначение жалюзийной решетки – разделить газовый поток на две части: одну – менее запыленную, составляющую 80–90 % от всего газового потока, и другую – отсасываемую в циклон, составляющую 10–20 % всего потока и содержащую основную массу пыли, которая улавливается в циклоне. Далее очищенный в циклоне газ смешивается с основным потоком.

 

Рис. 7.1. Золо-пылеуловители ТЭС и котельных: а – осадительная камера; б – жалюзийный золо-пылеуловитель; в – циклон; г – «мокрый» пыле-золоуловитель; д – рукавный фильтр; е – электрофильтр; 1 – загрязненные газы; 2 – очищенные газы; 3 – твердые частицы; 4 – вода; 5 – коронирующие электроды; 6 – осадительные электроды

 

Скорость газа в жалюзийном пылеуловителе составляет 12–15 м/с; гидравлическое сопротивление решетки – 100–500 Па. Применяется для улавливания частиц крупнее 20 мкм.

Циклоны являются наиболее распространенными аппаратами для очистки газов от золы и пыли. Они просты в изготовлении, надежно работают при высоких температурах и давлениях газов, имеют практически постоянное гидравлическое сопротивление и не изменяют фракционную эффективность с ростом запыленности газов.

Подводка газов в циклон может быть спиральной, тангенциальной, тангенциально-винтообразной. Циклоны могут быть цилиндрическими и коническими. Цилиндрические циклоны являются высокопроизводительными аппаратами, а конические – высокоэффективными.

Принцип действия циклона следующий (рис. 7.1. в). Поток газа, подводимый тангенциально или спирально, закручивается и движется вниз по спирали. Твердые примеси, содержащиеся в газах, под действием центробежных сил прижимаются к стенкам корпуса циклона и попадают в бункер, а поток очищенных газов отводится из верхней части циклона. Степень очистки таких аппаратов составляет до 90 %.

Для повышения степени очистки применяют циклоны небольшого диаметра (0,23–0,5 м), объединяемые в батареи, так называемые батарейные циклоны. Распространены три типа элементов батарейных циклонов: с осевым направляющим аппаратом (БЦР-254), полуулиточным подводом газа (БЦУ-М) и четырехзаходным подводом газа (БЦ-512). Более высокую степень улавливания имеют батарейные циклоны типов БЦУ-М и БЦ-512.

Батарейные циклоны применяют для улавливания золы (пыли) за котлами паропроизводительностью 500 т/ч. Рекомендуется применение циклонов с тангенциальным полуулиточным подводом газа типа БЦУ-М внутренним диаметром 231 мм. Степень очистки у таких циклонов составляет 88–92 % при потере давления 500–700 Па.

К группе «мокрых» механических пыле-золоуловителей относятся: полые, насадочные, тарельчатые, ударно-инерционного действия, центробежные, скоростные (скрубберы Вентури) скрубберы. Удаление золы (пыли) в них происходит при непосредственном контакте жидкости с запыленным газом. Принцип их действия основан на отделении частиц золы (пыли) от потока инерционными силами и их прилипании к пленке воды, омывающей стенки или поверхность насадки, что исключает возврат частиц в поток газа. В золоуловителях такого типа помимо улавливания золы протекают химические процессы поглощения из дымовых газов оксидов углерода и серы.

Мокрые золоуловители отличаются высокой эффективностью (степень очистки достигает 95–97 %), относительно невысокой стоимостью, умеренными габаритами, простотой обслуживания и относительно небольшими эксплуатационными расходами.

Полые скрубберы (рис. 7.1. г)представляют собой колонны круглого или прямоугольного сечения, в которых осуществляется контакт между газом и каплями воды, распыляемой форсунками. Форсунки устанавливаются в колонне в одном или нескольких сечениях. Наиболее распространены противоточные скрубберы. Скорость газа в них изменяется от 0,6 до 1,2 м/с. Если работа производится при скоростях газа до 5–8 м/с, то устанавливаются каплеуловители.

Гидравлическое сопротивление скруббера без каплеуловителя составляет 250 Па. Высокая эффективность скруббера обеспечивается при размере частиц, превышающем 10 мкм.

В пылеуловителях с подвижной насадкой в качестве насадки используют кольца, седла и шары из полимерных материалов или пористой резины. Плотность насадки не должна превышать плотности жидкости. Оптимальный режим пылеулавливания в таких аппаратах устанавливается при полном псевдоожижении.

Процесс очистки рекомендуется проводить при следующих условиях: скорость газа – 5–6 м/с; удельный расход жидкости на орошение – 0,5–0,7 л/м³ газа; свободное сечение решетки S ₀ = 0,4 м²/м² при ширине щели 4–6 мм. Оптимальный диаметр шаров – 20–40 мм. Насыпная плотность – 200–300 кг/м³. Минимальная статическая высота слоя насадки составляет 5–8 диаметров шаров в насадке, а максимальная не должна превышать диаметр скруббера.

В тарельчатых колоннах зола (пыль) удерживается газожидкостным (пенным) слоем, образующимся на контактных тарелках при взаимодействии газа и жидкости. Наиболее распространены пенные аппараты с ситчатыми тарелками или с провальными тарелками – дырчатыми, решетчатыми, трубчатыми и колосниковыми.

В основе работы пористых фильтров всех видов лежит процесс фильтрования газов через пористые перегородки. При фильтровании твердые и жидкие частицы задерживаются на перегородке, а газ полностью проходит через нее. Фильтрующие перегородки весьма разнообразны, но в основном они состоят из волокнистых или зернистых элементов.

В зависимости от назначения пористые фильтры условно разделяют на фильтры тонкой очистки, воздушные фильтры и промышленные фильтры.

Фильтры тонкой очистки предназначены для улавливания в основном субмикронных частиц из газов с низкой начальной концентрацией (< 1 мг/м³). Их применяют для улавливания особо токсичных частиц с высокой эффективностью. Для очистки газов на 99 % от частиц размером 0,05–0,5 мкм используют материалы в виде тонких листов или объемных слоев из тонких или ультратонких волокон (диаметром менее 2 мкм).

Гидравлическое сопротивление чистых фильтров 200–300 Па, а забитых пылью – 700–1500 Па.

Фильтры тонкой очистки рассчитаны на срок работы 0,5–3 года. Они не регенерируются, а заменяются на новый.

Воздушные фильтры используются в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха.

К промышленным фильтрам относятся тканевые, зернистые и грубоволокнистые фильтры, используемые для очистки промышленных газов с концентрацией золы (пыли) до 60 г/м³. Наиболее распространены тканевые фильтры, которые содержат гибкую фильтрующую перегородку, имеющую форму цилиндрических рукавов (рукавные фильтры) (рис. 7.1. д). Эффективность таких фильтров – более 99,5 %, а потери напора составляют 1–1,5 кПа при скорости фильтрования 0,5–2 м/с.

Тканевые фильтры изготавливают из материала, который должен выдерживать высокую температуру уходящих газов. Материал фильтра должен быть устойчивым к повышенной влажности и воздействию химических соединений. В качестве материала фильтров используют шерсть, шерстяной войлок или лавсан при температуре газов до 130 °C. Для температуры около 260 °C применяют стекловолокно и стекловолокно с графитом. Длительность работы ткани составляет 1–3 года. Тканевые фильтры обычно делают многокамерными. Число рукавов в одной камере может составлять 100 и более.

Дымовые газы поступают снизу внутрь рукавов, осаждение частиц пыли происходит на внутренней поверхности стенки рукава. При регенерации в одну из камер прекращается подача дымовых газов, и прилипшие к ткани слои пыли удаляются встряхиванием или вибрацией рукавов. Отделению пыли способствует также струя сжатого воздуха, направляемая против движения, осуществляемого в процессе фильтрации. Отделившаяся пыль падает в пылесборник, находящийся под рукавами, и удаляется с помощью шнеков.

Остаточная концентрация золы (пыли) после тканевых фильтров может составлять 15–50 мг/м³, что удовлетворяет самым жестким нормативам.

Промышленные электрофильтры (рис. 7.1. е)используются для очистки больших объемов газа (до 1 млн. м³/ч) с концентрацией частиц до 50 г/м². В них происходит улавливание частиц любых размеров с эффективностью более 99 %. Электрофильтры могут работать при температурах газов до 400–450 °C как под разрежением, так и под давлением. Гидравлическое сопротивление их равно 100–150 Па. Затраты энергии составляют 0,1–0,5 кВт·ч на 1000 м³ очищаемого газа.

Электрофильтры имеют следующие недостатки: большие габариты, повышенная металлоемкость, высокая стоимость, для их обслуживания необходим квалифицированный персонал.

Электрофильтры подразделяются: по конструкции – на однозонные и двухзонные; по направлению газового потока – на горизонтальные и вертикальные; по конструкции осадительных электродов – на пластинчатые и трубчатые; по способу удаления пыли с электродов – на «сухие» и «мокрые»; в зависимости от количества последовательно расположенных электрических полей – на однопольные и многопольные; в зависимости от числа параллельных электрофильтров – на одно- и многосекционные.

Основными конструктивными элементами электрофильтров являются: корпус, где размещены электроды; узлы подвода, распределения и отвода очищаемых газов; устройство для удаления уловленной пыли с электродов; устройство для вывода пыли из электрофильтра; узлы ввода в электрофильтр тока высокого напряжения – изоляторные коробки.

Очистка дымовых газов в электрофильтре происходит в результате создания неравномерного электрического поля высокого напряжения (примерно 50 кВ) и образования коронного разряда между электродами. Образующиеся в зоне коронного разряда ионы и электроны вызывают ток от коронирующих к осадительным электродам – ток короны. Частицы золы, находясь между электродами, заряжаются под действием сил электрического поля, двигаются к осадительным электродам и осаждаются на них. При длительности пребывания газов в активной зоне фильтра не менее 8 с и скорости движения газов 1,2–1,5 м/с степень улавливания составляет 99–99,8 %.

Эффективность улавливания существенно зависит от электрических свойств газового потока, прежде всего от электрического сопротивления золовых частиц. С повышением удельного электрического сопротивления частиц скорость осаждения снижается. Кроме того, эффективность работы электрофильтров зависит от режима встряхивания электродов, для чего чаще всего используют ударно-молотковые механизмы. Промежутки между встряхиваниями должны быть оптимизированы для каждого поля, так как в каждом последующем поле количество осаждаемой золы уменьшается.

Эффективность очистки дымовых газов от золы и пыли значительно повышается при использовании комбинации фильтров, например, мокрого золоуловителя и электрофильтра. Увеличение влажности и снижение температуры газов в мокром золоуловителе обеспечивает эффективное улавливание золы в электрофильтре. Общая степень улавливания золы при этом достигает 99–99,5 %.

60. В каком из перечисленных ниже аппаратов отделение частиц золы и пыли от потока газов происходит при непосредственном контакте запыленных газов с жидкостью?

(а) насадочный скруббер (см. п.59).

61. По какой реакции происходит связывание диоксида серы при мокром известняковом способе очистки продуктов сгорания?

(а) CaCO₃ + SO₂ + ½O₂ = CaSO₄ + CO₂.

В настоящее время широко применяются различные варианты и модификации процесса мокрой абсорбционной газоочистки с использованием в качестве сорбента суспензий на основе известняка CaCO₃ или извести CaO (мокрый известняковый способ). Значительно реже используются методы мокрой очистки с применением сульфита натрия Na₂SO₃, сульфита аммония (NH₄)₂SO₃ и других компонентов.

Мокрый известняковый способ основан на интенсивной промывке дымовых газов в абсорбере, установленном за высокоэффективным золоуловителем, известняковой суспензией с получением двухводного гипса. Эта технология является абсолютно безопасной, поскольку и известняк, и гипс – нейтральные малорастворимые вещества.

Принципиальная схема сероочистки газов мокроизвестняковым способом представлена на рис. 7.2. Дымовые газы, покидающие котел 1, первоначально очищаются от летучей золы в золоуловителе 2 и охлаждаются в регенеративном подогревателе 3 до температуры точки росы водяных паров (примерно 55 °C). Дымовые газы после золоуловителя котла из абсорбера (мокрого скруббера) 6 поступают в регенеративный подогреватель очищенных газов, где их температура повышается до 70–90 °C. Суспензия известняка вводится в скруббер через систему сопл, размещенных в несколько ярусов по его высоте. В результате контакта SO₂ с каплями суспензии происходит связывание SO₂ по реакциям:

CaCO₃ + SO₂ = CaSO₃ + CO₂;

CaCO₃ + SO₂ + ½O₂ = CaSO₄ + CO₂.

Рис. 7.2. Схема сероочистки газов мокрым известняковым способом: 1 – котел; 2 – золоуловитель; 3 – регенеративный подогреватель очищенных от SO2 газов; 4 – дымовая труба; 5 – каплеуловитель; 6 – абсорбер (мокрый скруббер); 7 – бак-окислитель; 8 – сепаратор; 9 – пресс-фильтр

Сульфит кальция доокисляется в сульфат пропуском воздуха через пульпу. В результате реакций может быть получен товарный гипс (CaSO₄·2H₂O), который экологически безвреден и может быть использован в строительстве. Степень десульфуризации газов при реализации мокрого известнякового метода может достигать 90 %. Капиталовложения на установку составляют 15–25 % стоимости электрической станции, а эксплуатационные затраты – до 10 % стоимости произведенной электроэнергии. Одной из главных проблем, возникающих при эксплуатации абсорберов, является предотвращение отложений (выпадения осадка) и нарушение циркуляции суспензии из-за закупорки в линиях ее подачи.

В последнее время все большее распространение находит мокросухой способ очистки от оксидов серы известью Ca(OH)₂ или содой Na₂CO₃.

Мокросухим называется такой способ, когда в полый абсорбер, продуваемый дымовыми газами, впрыскивают суспензию, которая связывает диоксид серы, а жидкость суспензии за счет теплоты дымовых газов полностью испаряется. При этом имеют место реакции с образованием сульфитов кальция или натрия:

Ca(OH)₂ + SO₂ = CaSO₃ + H₂O;

Na₂CO₃ + SO₂ = Na₂SO₃ + CO₂.

Если абсорбер устанавливается перед золоуловителем, то продукты сероочистки улавливаются золоуловителем и отправляются в золоотвал. Если же абсорбер находится за золоуловителем, то устанавливается специальный пылеуловитель для очистки дымовых газов от сульфита кальция. Эффективность очистки дымовых газов этим методом может достигать 90 %.

К преимуществам мокросухого способа относятся: простота технологической схемы; меньшие, чем при мокром известняковом способе, капитальные затраты; меньший расход тепловой энергии на подогрев дымовых газов по сравнению со схемой мокрого известнякового способа; отсутствие сточных вод.

Недостатками способа являются: значительное энергопотребление (3–6 % мощности ТЭС); повышенный расход дорогих реагентов (извести или соды); низкое качество сухих отходов (отсутствие гипсовых вяжущих веществ); необходимость установки системы очистки дымовых газов от твердых частиц (продуктов реакций) после абсорбера.

62. Какие существуют источники образования оксидов азота?

(d) все перечисленные выше ответы верны.

Снижение выбросов оксидов азота. Наиболее опасными выбросами ТЭС и котельных являются оксиды азота. Содержание оксидов азота определяет токсичность продуктов сгорания угля и мазута на 40–50 %, а природного газа – на 90–95 %. Кроме того, оксиды азота под воздействием ультрафиолетового излучения активно участвуют в фотохимических реакциях в атмосфере с образованием других вредных газов.

Оксиды азота антропогенного происхождения составляют менее 10 % всех оксидов азота, поступающих в атмосферу Земли. Однако именно антропогенные выбросы представляют наибольшую опасность, так как они сосредоточены в крупных промышленных центрах.

Среди различных оксидов азота практическое значение в экологическом аспекте имеют монооксид NO и диоксид NO₂, сумму которых обозначают NO_x.

Источником образования оксидов азота служит азот воздуха и топлива. В настоящее время хорошо изучены три принципиально разных источника образования оксидов азота:

- образование термических NO_x из молекулярного азота воздуха при температуре выше 1300 °C;

- образование NO_x из азота, содержащегося в топливе (топливные NO_x);

- образование NO_x путем реакции молекулярного азота воздуха с углеводородными радикалами («быстрые» NO_x).

Уменьшение образования NO_x достигается реализацией первичных мероприятий, направленных: на снижение температуры горения; на уменьшение времени пребывания продуктов сгорания в области высоких температур; создание зон реакций с восстановительной атмосферой (избыток воздуха меньше единицы), где образование NO из азота топлива затруднено, и восстановление оксидов азота идет до молекулярного азота.

Для снижения выбросов азота на ТЭС и в котельных проводят следующие первичные или режимно-технологические мероприятия:

- использование горелок с низким выбросом NO_x;

- ступенчатое сжигание топлива;

- ступенчатая подача воздуха;

- рециркуляция дымовых газов;

- впрыск воды (или водомазутной эмульсии) в ядро факела;

- комбинация первичных мероприятий.

Первичные мероприятия малозатратны, и поэтому их применяют прежде всего для обеспечения нормируемых выбросов оксидов азота.

Вторым путем снижения выбросов оксидов азота является очистка дымовых газов от уже образовавшихся оксидов азота.

Наибольшее распространение в мире получил процесс селективного каталитического восстановления (СКВ) оксидов азота аммиаком на поверхности катализатора в присутствии кислорода при температуре 300–450 °C. Катализатор выполняется на керамическом или металлическом носителе и включает в себя диоксид титана, пентаоксид ванадия с добавками других металлов.

Применяются катализаторы пластинчатой, сотовой и гофрированной конструкции. В процессе СКВ оксиды азота восстанавливаются аммиаком на катализаторе с образованием молекулярного азота и водяного пара и без формирования вторичных загрязнителей:

4NH₃ + 4NO + O₂ = 4N₂ + 6H₂O.

Основные элементы оборудования для процесса СКВ включают в себя реактор, хранилище аммиака и систему впрыска. Реактор СКВ обычно содержит несколько слоев катализатора, что позволяет обеспечивать постепенную его замену по мере «отравления». С увеличением объема катализатора возрастает степень очистки газов от оксидов азота и снижается проскок аммиака, но вместе с тем возрастает и стоимость СКВ.

Как правило, реактор размещается за экономайзером перед воздухоподогревателем. Но при высокой запыленности потока и значительном количестве в дымовых газах веществ, отравляющих катализатор, возможно его размещение за золоуловителем. В этом случае потребуется дополнительный подогрев газов перед входом в реактор.

Для восстановления оксидов азота можно применять жидкий безводный аммиак под давлением, водный раствор аммиака при атмосферном давлении или раствор мочевины. Степень восстановления оксидов азота возрастает с увеличением количества вводимого аммиака, но при этом возрастает и его проскок. Оптимальное мольное отношение NH₃/NO_x составляет 0,9–1,03. Степень очистки газов от оксидов азота может быть 92–94 %.

Химическая реакция восстановления оксида азота до молекулярного азота аммиаком или мочевиной при высоких температурах может протекать без применения катализатора. Этот метод получил название селективного некаталитического восстановления (СНКВ) оксидов азота. Реакция восстановления протекает при температуре 950–1100 °C. При снижении температуры скорость реакции снижается, что приводит к увеличению проскока аммиака.

На один моль NO требуется вводить один моль NH₃. На практике очень трудно обеспечить равномерное перемешивание небольшого количества аммиака с большими объемами дымовых газов и приходится вводить несколько больше аммиака (мольное соотношение NH₃/NO = 1,05–1,10). Для восстановления оксида азота по методу СНКВ требуется значительно меньше капитальных и эксплуатационных затрат по сравнению с методом СКВ, но эффективность СНКВ не превышает 50 %.

63. В каком варианте ответа все перечисленные мероприятия по снижению выбросов оксидов азота являются первичными?

(d) ступенчатая подача воздуха, рециркуляция дымовых газов, впрыск воды в ядро факела.

64. Общей жесткостью воды называется

(с) суммарное содержание в воде ионов Са²⁺ и Mg²⁺.

Жесткость – показатель, определяющий содержание в воде катионов кальция и магния, т.е. катионов – накипеобразователей. Жесткость выражают в миллиграмм-эквивалентах (мг-экв/л) или в микрограмм-эквивалентах (мкг-экв/л) на 1 л воды.

Общая жесткость воды Ж_о, мг-экв/л (мкг-экв/л), определяется суммарным содержанием в воде Са²⁺ (кальциевая жесткость) и Mg²⁺ (магниевая жесткость), Ж_о= Ж_к+ Ж_н.к.

65. Общей жесткостью воды называется

(в) сумма содержащихся в ней гидроксильных ионов и анионов слабых кислот.

Под общейщелочностью подразумевается сумма содержащихся в воде гидроксильных ионов (ОН^-) и анионов слабых кислот (карбонатов, гидрокарбонатов, силикатов, боратов, сульфитов, гидросульфитов, сульфидов, гидросульфидов, анионов гуминовых кислот, фосфатов), которые в свою очередь, гидролизуясь, образуют гидроксильные ионы.

66. Допустимое содержание свободной углекислоты в питательной воде составляет

d

Показатели качества питательной воды для паровых котлов при докотловой обработке.

Показатели	Нормы для котлов с давлением, МПа
до 1,4	до 2,4	до 4,0
Содержание взвешенных частиц, мг/л			Не допускается
Общая жесткость, мг-экв/л	20/15	15/10	10/5
Содержание соединений железа, мкг/л	Не нормируется	200/100	100/50
Содержание соединений меди, мкг/л	Не нормируется	Не нормируется	Не нормируется / 10
Содержание растворенного кислорода, мкг/л	50/30	50/20	20/20
рН при t=25оС	8,5–9,5	8,5–9,5	8,5–9,5
Содержание свободной углекислоты, мкг/л	Не допускается	Не допускается	Не допускается
Содержание NО2, мкг/л	Не нормируется	Не нормируется
Содержание масел, мг/л			0,6

П р и м е ч а н и е. Перед косой чертой указаны значения для котлов, работающих на твердом топливе с локальным тепловым потоком 350 кВт/м², а после черты – для котлов, работающих на газе и жидком топливе, а также для котлов, работающих на твердом топливе с локальным тепловым потоком более 350 кВт/м².

67. В результате осветления на осветлительных (механических) фильтрах и Na-катионирования происходит

(с) удаление взвешенных веществ, умягчение.

Схемы обработки воды

№ п/п	Технологические операции водоподготовки	Основной результат
При использовании поверхностных вод
1.	Осветление на осветлительных (механических) фильтрах, Na−катионирование	Удаление взвешенных веществ, умягчение
2.	Осветление на фильтрах с двухслойной загрузкой, Na−катионирование	Удаление взвешенных веществ, умягчение
3.	Коагуляция в осветлителях, фильтрование на осветлительных фильтрах, Na−катионирование	Удаление взвешенных веществ, снижение окисляемости, умягчение
4.	Известкование с коагуляцией в осветлителях, Na−катионирование	Удаление взвешенных веществ, снижение окисляемости, снижение щелочности, удаление свободной углекислоты, частичное снижение солесодержания, умягчение
5.	Известкование с коагуляцией в осветлителях, частичное химическое обессоливание	Удаление взвешенных веществ, снижение окисляемости, снижение щелочности, удаление свободной углекислоты, частичное снижение солесодержания
При использовании артезианских, осветленных вод или воды из питьевого водопровода
6.	Na−катионирование	Умягчение
7.	Н−катионирование с «голодной» регенерацией Н−катионитных фильтров, декарбонизация, Na−катионирование	Снижение щелочности, удаление свободной углекислоты, частичное снижение солесодержания, умягчение
8.	Параллельное Н-Nа−катионирование, декарбонизация	Снижение щелочности, удаление свободной углекислоты, частичное снижение солесодержания, умягчение
9.	NН4-Nа−катионирование	Умягчение, снижение щелочности в процессе упаривания воды в котле
10.	Na-Cl−ионирование	Умягчение, снижение щелочности
11.	Обесжелезивание артезианских вод	Может применяться перед схемами 6−10
12.	Термическое обессоливание	Получение дистиллята осуществляется при больших потерях конденсата и использовании высокоминерализованной исходной воды

68. К методам обработки воды путем осаждения относятся

(а) известкование, известково-содовый, термический методы.

К методам обработки воды путем осаждения относятся известкование, известково-содовый, термический методы.

Известкование основано на связывании ионов, подлежащих удалению в малорастворимые соединения, осаждаемые в виде шлама. Основное назначение известкования – удаление из воды связанной и свободной углекислоты, снижение щелочности и сухого остатка исходной воды с одновременным ее умягчением. Известкование, совмещенное с коагуляцией, позволяет обезжелезить поверхностные воды, удалить органические вещества.

Процесс известкования осуществляют в осветлителях, при этом перед осветлителями воду необходимо подогревать до 30–40 °С (процесс подогрева воды осуществляется автоматически).

Применение известково-содового метода позволяет осаждать соли жесткости совместно известью и содой. При этом протекают те же реакции, что и при известковании, но магний удаляется полностью, а кальциевые соли некарбонатной жесткости удаляются содой:

СаСl₂ + NаСО₃ → СаСО₃↓ + 2NaCl;

CaSO₄ + NаСО₃ → СаСО₃↓+ Na₂SO₄.

Этот метод применяют для вод, в которых общая жесткость больше щелочности исходной воды.

Термический метод осаждения эффективен при нагревании исходной воды до температуры кипения и интенсивном ее перемешивании. При этом протекают реакции разложнения солей карбонатной жесткости:

Са(НСО₃)₂ → СаСО₃↓+ Н₂О + СО₂↑;

Mg(НСО₃) → Mg(ОН)₂↓+ 2СО₂↑.

Термический метод осаждения применяется в тех случаях, когда не требуется глубокого умягчения воды и когда в исходной воде содержится в основном бикарбонат кальция, поскольку выпадение в осадок Mg(ОН)₂ происходит очень медленно. Содержание в исходной воде органических веществ тормозит процесс кристаллизации и выпадение шлама. Это в значительной степени снижает эффективность термического метода. Указанные ограничения делают метод практически мало приемлемым.

69. Катионирование – это

(в) обмен катионов Na+, Н+, NН на катионы обрабатываемой воды.

Ионные методы основаны на способности некоторых практически нерастворимых в воде материалов (ионообменных смол) вступать в ионный обмен с растворимыми в воде солями, сорбируя из обрабатываемой воды одни ионы и отдавая в обрабатываемый раствор эквивалентное количество других ионов, которыми ионит периодически насыщается при регенерации.

Катиониты при регенерации их растворами NaCl, H₂SO₄, NH₄Cl способны обменивать содержащиеся в них катионы (соответственно Na⁺, H⁺, или NH на катионы обрабатываемой воды. Этот процесс называется катионированием.

70. Анионирование – это

(а) обмен анионов ОН , СО , Cl на анионы, содержащиеся в обрабатываемой воде.

Аниониты при регенерации их щелочью NaOH, содой Na₂CO₃ или поваренной солью NaCl способны как бы заряжаться соответственно анионами ОН ,СО , или Cl и затем обменивать их на анионы, содержащиеся в обрабатываемой воде. Этот процесс называется анионированием.

71. Внутрикотловая обработка воды – это

(в) ввод в котел щелочных реагентов, которые в сочетании с подогревом воды в котле вызывают осаждение солей жесткости.

Внутрикотловая обработка осуществляется путем ввода в котел щелочных реагентов, которые в сочетании с подогревом воды в котле вызывают осаждение солей жесткости в виде нерастворимых соединений CaCO₃ и Mg(OH)₂. В качестве реагентов могут использоваться едкий натр, кальцинированная сода, тринатрийфосфат в зависимости от состава исходной воды и требований к составу котловой воды. Если Щ_и.в. > Ж_к и Ж_к=Ж_о=Ж_Са, то для умягчения такой воды достаточно ее подогрева в котле (термоумягчение), при Щ_и.в= Ж_Са в котел следует добавлять только едкий натр (NaOH). При 2Щ_и.в < Ж_Са следует дозировать едкий натр и соду.

Внутрикотловая обработка должна обязательно сопровождаться периодическим или непрерывным удалением из котла шлама (продувкой). Поддержание в котловой воде солесодержания, щелочности и допустимого количества шлама должно отвечать нормам качества котловой воды.

72. При Н-катионировании с «голодной» регенерацией фильтров удельный расход кислоты на регенерацию

(с) равен его теоретическому удельному расходу.

Метод водород-катионирования заключается в фильтровании обрабатываемой воды через катионит, отрегенерированный кислотой. В процессе этого фильтрования катионы, растворенные в обрабатываемой воде, обмениваются на водород:

2НКат + Са(НСО₃)₂ → СаКат₂ + 2Н₂О + 2СО₂↑;

2НКат + Mg(НСО₃)₂ → Mg Кат₂ + 2Н₂О + 2СО₂↑;

2НКат + CaCl₂ → СаКат₂ + 2HCl;

2НКат + MgCl₂ → Mg Кат₂ + 2HCl;

НКат + NaCl → NaКат + HCl;

2НКат + Na₂SO₄ → 2NaКат + H₂SO₄;

2НКат + Na₂SiO₃ → 2NaКат + H₂SiO₃.

Как видно из приведенных реакций, в процессе водород-катионирования вода умягчается – катионы жесткости Са²⁺ и Мg²⁺ обмениваются на водород; бикарбонатный ион, образующий так называемую карбонатную жесткость, разрушается с образованием углекислоты, а анионы солей постоянной жесткости образуют эквивалентное количество минеральных кислот.

В зависимости от требований к качеству обработанной воды и от состава исходной воды метод водород-катионирования может осуществляться в различных схемах. Наиболее часто водород-катионирование применяется в схемах с «голодной» регенерацией фильтров. При обычном Н–катионировании регенерация проводится с удельным расходом кислоты в 2–2,5 раза больше теоретически необходимого, который отвечает процессу эквивалентного обмена катионов между раствором и катионитом. Избыток кислоты, не участвующий в реакциях обмена ионов, сбрасывается из фильтра вместе с продуктами регенерации. При «голодной» регенерации Н–катионитного фильтра удельный расход кислоты равен его теоретическому удельному расходу, т.е. 1 г-экв/г-экв, или в пересчете на Н₂SO₄ – 49 г/г-экв. Все ионы водорода при этом полностью задерживаются катионитом, вследствие чего сбрасываемый регенерационный раствор и отмывочные воды не содержат кислоты. В отличие от обычных Н–катионитных фильтров, в которых весь слой катионита при регенерации переводится в Н–форму, при «голодном» режиме регенерируются, т.е. переводятся в Н–форму, только верхние слои, а нижние слои остаются в солевых формах и содержат катионы Сa²⁺, Mg²⁺, Na⁺.

73. На какие котлы распространяются «Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов»?

(в) на паровые котлы с давлением более 0,07 МПа и водогрейные котлы с температурой воды выше 115 °C.

Эксплуатация паровых и водогрейных котлов ведется в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов» Госгортехнадзора России, «Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей» (ПТЭ), «Правилами безопасности систем газораспределения и газопотребления», инструкциями заводов-изготовителей, а также в соответствии с местными инструкциями, к числу которых относятся следующие инструкции:

- должностные – определяют права и обязанности персонала;

- технические – определяют условия безопасной и экономичной работы котлов и отдельных их элементов;

- по технике безопасности – в них указываются необходимые правила и мероприятия, которые являются обязательными, так как обеспечивают условия безопасной работы персонала;

- аварийные – в них указываются мероприятия по предотвращению развития и ликвидации аварий;

- другие нормативно-технические документы.

«Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов» Госгортехнадзора России распространяются на котлы с давлением более 0,07 МПа и водогрейные котлы с температурой воды не ниже 115 °C. В них определены требования к конструкции, изготовлению, ремонту и материалу указанного оборудования, указана номенклатура и количество арматуры, измерительной техники, защит, приборов автоматики, а также приведены требования к эксплуатации оборудования.

Котельная установка является весьма опасным производственным объектом, и поэтому на нее распространяются требования Федерального закона от 21.07.1997 № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов». Федеральный закон определяет правовые и экономические основы обеспечения безопасной эксплуатации опасных производственных объектов и направлен на предупреждение аварий на опасных производственных объектах и обеспечение готовности организации, эксплуатирующей опасные производственные объекты, к локализации и ликвидации возможных аварий.

В соответствии с федеральным законом правовую основу промышленной безопасности составляет следующий набор документов:

1. лицензирование видов деятельности (проектирование, строительство, эксплуатация, реконструкция, изготовление, монтаж, наладка, ремонт и т.д.) в области промышленной безопасности. Решение о выдаче лицензии на эксплуатацию опасного производственного объекта выдается при наличии акта приемки объекта в эксплуатацию или положительного заключения экспертизы промышленной безопасности, а также декларации промышленной безопасности опасного производственного объекта;

2. сертификации технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте; экспертиза промышленной безопасности технических устройств;

3. требования промышленной безопасности к эксплуатации опасного производственного объекта (обеспечение укомплектованности штата работников опасного производственного объекта, удовлетворяющих соответствующим квалификационным требованиям; наличие на опасном производственном объекте нормативных правовых актов и нормативных технических документов, устанавливающих правила ведения работ на опасном производственном объекте; организация и осуществление производственного контроля за соблюдением требований промышленной безопасности; обеспечение наличия и функционирования необходимых приборов и систем контроля за производственными процессами; обеспечение проведения экспертизы промышленной безопасности зданий, диагностики и испытания технических устройств в установленные сроки и т.д.).

74. Какие инструкции определяют условия безопасной и экономичной работы котлов и отдельных их элементов?

(а) технические.

75. В каких случаях проходят стажировку лица из числа оперативного персонала?

(d) при подготовке по новой должности, либо при перерыве в работе по специальности свыше 6 месяцев.

Лица из числа ремонтного, оперативного, оперативно-ремонтного персонала и оперативные руководители, получившие теоретическую и производственную подготовку, проходят стажировку и проверку знаний на предприятиях, где они будут работать. В процессе стажировки для подготовки по новой должности, либо при перерыве в работе по специальности свыше 6 месяцев работник должен ознакомиться с оборудованием, аппаратурой, схемами и т. п. организации в соответствии с программой, утвержденной руководителем организации. В ходе производственного обучения по новой должности работник должен изучить: ПТЭ и нормативно-технические документы по эксплуатации тепловых энергоустановок; правила техники безопасности (ПТБ) и другие специальные правила, если это требуется при выполнении работы; должностные, эксплуатационные инструкции и инструкции по охране труда, планы (инструкции) ликвидации аварий, аварийных режимов; устройство и принцип действия технических средств безопасности, средств противоаварийной защиты; устройство и принцип действия оборудования, контрольно-измерительных приборов и средств управления; технологические схемы и процессы.

76. Разрешается ли изменять положение задвижек, вентилей и кнопок управления на оборудовании в ходе противоаварийных тренировок?

(с) не разрешается.

Противоаварийные тренировки проводятся на рабочих местах или на тренажерах. Если тренировка проводится на резервном или работающем оборудовании, то используются специальные плакаты, которые персонал вывешивает на оборудовании. При этом на резервном или работающем оборудовании категорически запрещается изменять положение задвижек, вентилей, кнопок управления и т.д. По окончании тренировки руководитель тренировки должен лично убедиться, что все плакаты, применявшиеся для тренировки, убраны с оборудования. После этого руководителем тренировки проводится разбор действий с оценкой общих результатов тренировки и индивидуальных действий ее участников.

77. Установленная теплопроизводительность всех котлов в котельной составляет 12 МВт, а удельные капиталовложения равны 20у.е/кВт. Определите величину общих капиталовложений в источник теплоснабжения.

(d) 12000*20=240000у.е.

78. Среднечасовой отпуск теплоты котельной на нужды отопления и вентиляции составляет 100 МВт. Определите годовой отпуск теплоты на отопление и вентиляцию, если число часов использования отопления и вентиляции в год равно 5000 ч.

(а) 100*5000=500000МВт.

79. При производстве тепловой энергии наибольшей статьей эксплуатационных издержек являются затраты

(а) на топливо.

Эксплуатационные затраты на производство тепловой энергии в виде горячей воды или пара состоят из нескольких частей: первой, которая зависит от капитальных затрат, второй, отражающей затраты на заработную плату, и третьей, связанной с выработкой энергии. Первые две части затрат для конкретной установки не связаны с производством энергии и являются постоянными, третья же переменна. Эксплуатационные затраты (издержки) определяют за год работы установки, поскольку в течение года условия работы меняются.

Годовые эксплуатационные издержки на производство тепловой энергии складываются из нескольких статей затрат, руб/год

,

(10.11)

Где:

И_топ – затраты на топливо, доставляемое в котельную установку, руб/год;

И_эл.эн – затраты на электроэнергию, получаемую из электросетей, руб/год;

И_вод – затраты на воду, израсходованную в установке, руб/год;

И_з.п – затраты на заработную плату персонала, руб/год;

И_ам – затраты на амортизацию оборудования и строений, которые состоят из затрат на реновацию и капитальный ремонт, руб/год;

И_т.р – затраты на текущий ремонт, руб/год; И_общ – общекотельные и прочие расходы, руб/год.

По значимости затраты на топливо, расходуемое для покрытия тепловых нагрузок котельной, являются основными и составляют более половины всех затрат. Затраты на топливо рассчитывают по следующей формуле, руб/год

,

(10.12)

где K – коэффициент, учитывающий складские, транспортные и прочие потери (для газообразного топлива принимается равным 1,055); Ц_т – цена топлива, руб/т (руб/1000 м³); Ц_тр – затраты на транспортировку топлива (для газообразного топлива входит в Ц_т), руб/т; ∑ B_i – суммарное потребление топлива всеми котлами в расчетном режиме для вновь проектируемой котельной, кг/с (м³/с).

80. Общие капиталовложения в источник теплоснабжения – 1 млн. у.е. Затраты на амортизацию составляют 50 тыс. у.е/год. Определите простой срок окупаемости проекта, если величина чистой прибыли составляет 150 тыс. у.е/год.

(а) 1000000/(150000-50000)=10лет.