ТЭС Altbach/Deizisau, котел № 5 (мощность 420 МВт, сухое шлакоудаление)
СКВ-установка, размещенная на этой ТЭС, была первой в ФРГ. Поэтому затраты на ее разработку и сооружение были спонсированы Федеральным министерством защиты окружающей среды.
Через каталитический реактор проходит весь дымовой газ. Однако на ТЭС Altbacli/Deizisau из-за отсутствия места в здании котельной была использована схема, в которой лишь часть дымового газа поступала на очистку. На рисунке ниже приведено размещение каталитического реактора и в помещении котельной. С целью поддержания заданной температуры перед каталитическим реактором имеется байпас . Через реактор пропускалось до 80 % дымового газа и 20 % его проходило без очистки по двум байпасным газоходам.
Схема сопряжения реактора с котлом № 5 ТЭС Altbach/ Deizisau
Реактор (общая масса 600 т) имел три яруса с сотовым катализатором (питч 7,5 мм, объем 311 м3). До первого яруса установлена спрямляющая поток решетка. Перед каждым уровнем катализатора были размещены проволочные сетки, препятствующие забиванию каналов крупными частицами золы (содержание золы в дымовом газе не превышало 6—8 г/м3).
Минимальная температура перед реактором составляла 316 °С. Это значение достигалось за счет байпасирования части газа, минуя экономайзер. Для поддержания температуры реактора во время остановов до него имелся клапан с воздушным затвором и после него — простой клапан. Благодаря хорошей теплоизоляции скорость охлаждения реактора при останове котла на выходные дни составляла 0,6 град/ч, поэтому специального устройства для поддержания температуры катализатора не требовалось.
После останова котла на ночь дымовые газы переключались на реактор через 30 мин, на выходные дни — через 45-60 мин. Время, необходимое на приведение в действие установки (момент подачи аммиака), значительно выше. Если котеп останавливался на 4 ч и менее, подача аммиака включалась через 1,5-2 ч; при останове на 2 дня — через 4-5 ч. Это время обусловлено только температурным режимом — требованием иметь температуру в зоне подачи аммиака, равную 316 °С.
Гидравлическое сопротивление реактора, равное 1100 Па, в период с июля 1986 г. по май 1987 г. не изменилось, хотя он не имел обдувки катализатора. Проблем с забиванием каналов катализатора не возникало. За 8000 ч работы активность катализатора упала не более чем на 10 %.
В РВП для уменьшения золоотложений ряд деталей был покрыт эмалью. После 8000 ч работы котла и 7800 ч эксплуатации СКВ-установки визуально были найдены лишь ничтожные отложения; гидравлическое сопротивление практически не изменилось.
Основной недостаток примененной схемы включения реактора связан с тем, что она не позволяет реализовать в полной мере возможности СКВ-технологии. Даже при 90%-ной эффективности очистки в реакторе в очищенном газе за счет примешивания неочищенного газа, поступающего по байпасным газоходам, очистку от NOx до нормативного значения (200 мг/м3) удается обеспечить лишь при концентрации NOx в очищаемом газе не более 700 мг/м3.
В последующем был встроен второй каталитический реактор, очищающий газ одного из двух байпасных газоходов. Благодаря этому доля очищаемого газа возросла до 90 % . Одновременно была реконструирована система раздачи NH3 перед основным реактором. В итоге при использовании двух реакторов удалось обеспечить концентрацию NOx в очищенном газе, равную 173 мг/м3. Проскок аммиака составлял 1,1 мг/м3.
ТЭЦ Buer (сухое шлакоудаление) и Knepper (жидкое шлакоудаление без рециркуляции золы)
На этих ТЭЦ СКВ-технология отрабатывалась применительно к дымовому газу, содержащему 56 и 15 г/м3 летучей золы. Необходимость этих исследований была вызвана тем, что в Японии имелся опыт применения катализаторов лишь для газов, содержащих не более 10 г/м3 золы.
Поскольку исследования на пилотных установках показали возможность забивания каналов катализатора крупными частицами золы, перед каталитическими реакторами на ТЭЦ Buer и Knepper были установлены соответственно мультициклон и жалюзийный золоуловитель. При этом отделялись частицы диаметром более 5 мм при работе с катализатором, в котором каналы имели размеры сечения 6,1×6,1 мм.
На рисунке ниже приведена компоновка котла с мультициклоном и каталитическим реактором на ТЭЦ Buer. После топки дымовой газ содержал до 56 г/м3 золы. Применение мультициклона позволило снизить содержание золы до 30-40 г/м3. За мультициклоном были размещены направляющие лопатки, снижающие неравномерность потока. Согласно измерениям неравномерность линейных скоростей перед зоной раздачи аммиака составляла не более ±10 %. Сопла раздачи аммиака находились на расстоянии 7 м от первого яруса.
СКВ-установка с мультициклоном ТЭЦ Buer
В реакторе имелось три яруса с сотовым катализатором общим объемом 180 м3 (объемная скорость 2780 ч-1) и спрямляющая решетка. Резервный ярус отсутствовал. Линейная скорость дымового газа составляла 6 м/с. Каждый ярус был оснащен сажеобдувочными аппаратами.
Испытания показали, что проектная эффективность очистки (75 %) достигается при проскоке аммиака 1-2 млн-1. Основным фактором, определяющим надежность эксплуатации СКВ-установки, является образование отложений золы на спрямляющей решетке, приводящих к усилению неравномерности потока. Последняя не была оснащена саже-обдувочными аппаратами. Отложения на катализаторе приводят к исключению части объема катализатора из процесса и увеличению гидравлического сопротивления катализатора. Частично избежать образования золоотложений удается за счет 2-кратной (в течение дня) сажеобдувки.
Осложнения при эксплуатации установки возникали и в связи с разрушением каталитических элементов вследствие эрозии за счет летучей золы. Это приводило к разрушению каталитических блоков, что проявлялось через повышенный проскок аммиака. Эффект становился существенным даже при разрушении 1 % каталитических блоков и мог быть ликвидирован только после замены разрушенных блоков.
Важные в практическом отношении результаты были получены на СКВ-установке ТЭЦ Buer при исследовании баланса по расходованию непрореагировавшего аммиака. При нормальной эксплуатации установки и проскоке NH3, равном 1-2 млн-1 в РВП практически весь аммиак удаляется. При высоком проскоке (от 12 до 26 млн-1) концентрация NH3 за воздухоподогревателем составляет не более 2-5 млн-1. Концентрация SO3 до РВП изменяется в интервале 10—40 мг/м3, на выходе из РВП в газе присутствует не более 1 мг/м3 SO3.
Удаление NH3 и SO3 в РВП на ТЭЦ Buer
Это связано с конденсацией гидросульфата при температуре 140-360 °С на частицах золы и поверхностях набивки. Баланс по аммиаку показал, что до 65 % его сорбируется золой, часть попадает из РВП в воздух и далее в топку котла.
На ТЭЦ Knepper очищали лишь половину общего объема дымового газа. Котел имел горелки ступенчатого смешения топлива и воздуха, которые обеспечивали выброс NOx на уровне 2000 мг/м3 (5 % 02). Содержание золы в дымовом газе после жалюзийного золоудалителя крупных частиц составляло 15 г/м3. Реактор имел четыре яруса, загруженных катализатором, и один резервный. Все ярусы были оснащены сажеобдувочными аппаратами. Для одновременного испытания двух катализаторов реактор был разделен продольной перегородкой на две идентичные половины, причем дозирование аммиака для этих половин проводилось независимо, хотя конструктивно раздающие решетки были одинаковыми. Перед первым ярусом с катализатором в каждой по пс вине реактора были смонтированы спрямляющие решетки высотой до 300 мм с отверстиями 50×50 мм. При проведении испытаний в одну из половин реактора был загружен сотовый катализатор, в другую — пластинчатый. Аммиак подавался в смеси с воздухом. Содержание аммиака в смеси составляло 5 %. При дозировании NH3 в качестве параметров регулирования служили количество воздуха, необходимое для сжигания, и концентрации NOx до очистки и после нее.
В конце испытаний реактор с кассетным катализатором у стен от первого до четвертого слоя был забит пылью. Реактор с сотовым катализатором практически не забивался золой. Отложения образовывались лишь на спрямляющей решетке, которая не имела обдувки. По рекомендации изготовителей катализаторов сажеобдувка действовала только при выключении установки 1 раз в неделю.
Чтобы обеспечить проскок аммиака на уровне 1 млн-1, на ТЭЦ Кперрег вынуждены были снизить эффективность очистки до 80 % (проектная составляла 90 %).
ТЭС Durnrohr, котел № 2 (мощность 350 МВт, сухое шлакоудаление)
На этой ТЭС сжигается в основном польский каменный уголь с зольностью от 8 до 18 %, резервным топливом служит природный газ.
Концентрация NOx в неочищенном газе составляет 650 мг/м3. Максимальная эффективность очистки равна 80 %, что соответствует выбросам NOx на уровне 110-130 мг/м3. Конверсия SO2 в SO3 составляет не более 1,5 % при 375 °С. Использование малозольного угля позволило с учетом японского опыта отказаться от сажеобдувочных аппаратов в реакторе.
Размеры реактора приведены на рисунке ниже. Он имел два яруса с загруженным пластинчатым катализатором фирмы Babcock Hitachi. На резервный ярус планировалось добавить еще 40 % первично загруженного объема катализатора. Гидравлическое сопротивление реактора составляло менее 0,9 кПа.
Схема сопряжения СКВ-реактора с котлом на ТЭС Durnrohr (котел № 2)
На периоды пуска и остановки реактора предусматривалось его отключение от котла для того, чтобы избежать «зачехления» катализатора примесями. Во время пуска катализатор нагревался до температуры, значение которой было выше точки росы дымового газа, чтобы избежать конденсации влаги, отрицательно действующей на катализатор.
Благодаря оптимизации системы раздачи аммиака от носитель-ное стандартное отклонение концентрации NOx по сечению реактора после катализатора не превышало 9 % при сжигании угля и 6,7 % при использовании природного газа. Проскок аммиака в начальный период эксплуатации катализатора составлял 0,34 млн 1 при относительном стандартном отклонении 31 %.
Выше были затронуты основные общие проблемы, связанные с разработкой и эксплуатацией головных СКВ-установок с компоновкой High Dust пылеугольных котлов в ФРГ и Австрии. Имеются также достаточно подробные публикации о работе СКВ-установок на ТЭС Heilbronn, Mannheim, Leiningerwerk и других ТЭС, которые могут представ пять интерес для специалистов, глубоко интересующихся разрабатываемыми проблемами.
В целом проведенные испытания СКВ-установик на пылеугольных котлах показали, что надежность их работы определяется не столько активностью катализатора, сколько хорошим перемешиванием газа с аммиаком и равномерностью линейной скорости потока в сечении реактора, что обеспечивает протекание процесса без образования отложений золы. Использование сажеобдувочных аппаратов в реакторе является необходимым при содержании летучей золы более 15 г/м3.
Как правило, реактор при компоновке в случае сопряжения с угольным котлом устанавливается вертикально, причем дымовой газ направляется сверху вниз. Вместе с тем фирмой Siemens выполнен проект для американской ТЭС Mercer Station с горизонтальным размещением реактора.
Оригинальная компоновка реактора разработана этой фирмой для австрийской ТЭС Riedersbach. СКВ-катализаторы были размещены непосредственно в котле после экономайзера, и дымовые газы через слой катализатора проходили снизу вверх.
Аренда генератора: дизельного, бензинового и других типов.