Методы снижения выбросов и очистки дымовых газов от сернистого и серного ангидридов, хлорида и фторида водорода, оксидов азота (на примере стекольных производств)

Очистка дымовых газов стекловаренных печей от SO₂, SO₃, HCl и HF представляет большие технические трудности. Например, для обезвреживания отходящих газов от кислых газообразных соединений (включая пыль, возгоны и др.) используют комплексные установки, состоящие из теплообменных аппаратов, в которых газы охлаждаются до 300 — 500 ^оС, скрубберов или газопромывателей (распылителей) для десульфурации газов, электрофильт­ров для очистки пылей (возгонов) и реактора для очистки окси­дов азота. Для поглощения сернистого и серного ангидридов, хло­рида и фторида водорода используют известь, соду, натровый щелок. При этом происходят следующие реакции [16]:

при нейтрализации известью

при нейтрализации содой

Дымовые газы стекловаренных печей в производстве стеклян­ного волокна очищают по следующим схемам взаимодействия ин­гредиентов дымовых газов с абсорбентами:

3SiF₄+ ЗН₂О = 2H₂SiF₆ + H₂SiО₃

или

SiF₄+3H₂O = H₂SiO₃+4HF

H₂SiF₆+ Ca(OH)₂ = CaSiF₆+ 2H₂O

2HF + Са(ОН)₂ = CaF₂ + 2Н₂О

2BF₃+ 3Ca(OH)₂ = 3CaF₂+ 2H₃BO₃

При этом выделяются в осадок и соединения мышьяка с кальцием. В результате нейтрализации борной кислоты гидроксидом кальция осаждается борат кальция, являющийся перспективным сырьем для стекольных шихт. Оксид бора B₂O₃, фториды BF₃ и HF хорошо растворяются в воде с образованием соответствующих кислот [17]:

В₂О₃ + ЗН₂О → 2Н₃ВО₃

4BF₃ + ЗН₂О → Н₃ВО₃ + 3HBF₄

HF + nН₂О → HF • nН₂О

Комбинированное отопление стекловаренных печей (жидким или газообразным топливом в сочетании с электроподогревом) значительно снижает содержание N_yO_x в дымовых газах. Так, по данным одной из японских фирм, при варке натриевого стекла с использованием только природного газа (расход 70 — 72 м³/ч) и температуре стекломассы 1390 °С содержание N_yO_x в отходящих газах с t= 1320 °С составляло 0,018 %, а при одновременном использовании для нагрева газа (расход 48 — 50 м³/ч) и электроэнергии 30 кВт снизилось до 0,008 %.

Дополнение электроподогрева к пламенному обогреву позволяет уменьшить интенсивность последнего, что обеспечивает снижение выбросов оксидов серы и азота, а также твердых и жидких частиц. При мощности электроподогрева 2,5 МВт температура газов может быть снижена на 80 — 85 °С при сохранении заданной производительности печи. Расход природного газа снижается на 640 м³/ч при соответствующем уменьшении выбросов твердых и жидких частиц (Р. И. Рудер и др., Англия).

В исследованиях И. В. Кутасевича показано, что в процессе варки стекла образуется значительное (до 600 мг/м³) количество окси­дов азота. Согласно Я. Б. Зельдовичу, содержание NO_х (в пересчете на NO₂) определяется формулой

где C_NC2, C_О2, C_N2 — концентрации NO₂, О₂ и N₂; R — газовая постоянная; Т — температура процесса, К; k = 0,023...0,069.

Следовательно, концентрация оксидов азота зависит от темпе­ратуры и содержания кислорода в зоне горения, регулируя кото­рые можно воздействовать на образование N_yO_x. Обратимся к опыту энергетиков по снижению выбросов N_yO_x. Снижение коэффициента избытка воздуха α с 1,1 до 1,05 привело к адекватному снижению концентрации N_yO_x с 0,00142 до 0,001 %. Использование двухступенчатого сжигания с рециркуляцией до 15 % топочных газов через горелочные устройства снизило содержание в выбросах N_yО_х до 0,00009 %.

Сформулируем режимно-конструктивные способы снижения N_yО_х при сжигании топлива:

- уменьшение α до 1,03 по сравнению с 1,15—1,2 снижает N_yО_х на 25-30%;

- снижение температуры в зоне горения вследствие рециркуляции 15 % топочных газов снижает N_yО_х на 25 — 30 %;

- двухступенчатое сжигание топлива существенно снижает генера­цию N_yО_х. В первой ступени установки сжигание топлива протека­ет с недостатком воздуха (α = 0,81), а во второй — при небольшом избытке воздуха. Так, двухступенчатое сжигание в циклонных топ­ках мазута с α = 1,025 привело к снижению N_yO_x до < 300 мг/м³;

- снижение теплового напряжения топочного объема также способствует уменьшению образования N_yО_х.

Указанные способы в полной мере трудно применять в стекольном производстве, но они должны быть приняты во внимание при совершенствовании режимно-технологических параметров сжигания топлива [7].

Очистка газов от оксидов азота — сложный и дорогостоящий процесс, так как они в основном (на 90 %) состоят из NО, который достаточно сложно уловить абсорбционными и адсорбцион­ными методами. Представляет определенный интерес реализация процесса восстановления N_yO_x до N.

Использование для этих целей катализаторов (по аналогии с очисткой газов в производстве азотной кислоты) вряд ли возможно, так как наряду с N_yO_xв топочных газах стекольных печей содержится много компонентов, являющихся ядами для катали­заторов. Перспективным способом восстановления N_yO_x является добавка аммиака в газы при высокой (900— 1200 °С) температуре. Этот способ требует гомогенного распределения аммиака в то­почных газах, что можно реализовать подачей аммиака перед рекуперационным устройством.

Использование предварительного подогрева воздуха приводит к увеличению образования оксидов азота. Например, абсолютное содержание N_yO_xпри подогреве воздуха до 570 °С возрастает при­мерно в четыре раза.

Интересен путь, снижающий образование N_yO_x и уменьшающий расход топлива (НПО «Стеклопластик»), —повышение све­тимости факела. Сжигание природного газа в коаксиальных горелочных устройствах вследствие интенсивной аэрации газовых струй не обеспечивает высокой светимости факела и требуемых его раз­меров, поэтому способ расслоения потоков газа и воздуха на вхо­де их в туннель при одновременном нагреве газовой струи до про­текания конверсии метана позволяет повысить светимость факела. Послойное сжигание природного газа приводит к интенсивной пароуглекислотной конверсии углеводородного сырья, сопровож­дающейся сажеобразованием, что является причиной повышен­ной светимости факела.