В настоящее время можно выделить три основных направления исследований по разработке новых процессов денитрификации.
Первое — нацелено на снижение затрат на СКВ- и СНКВ-технологии, например, путем сочетания их друг с другом. Аммиак вводиться в СНКВ-зону в количествах, достаточных для реализации СНКВ- и последующего СКВ-процесса. Повышенный проскок аммиака после СНКВ-установки снижается до нормативного значения при использовании катализатора, размещенного непосредственно в газоходе или воздухоподогревателе при температуре 300-400 °С. В итоге эффективность очистки может достигать 95 % и более. Высокая эффективность и пониженная загрузка катализатора является основным преимуществом этой технологии. Предлагается также удешевить СКВ-процесс путем размещения катализатора в воздухоподогревателе, не сооружая каталитический реактор. Эти процессы в настоящее время отрабатываются на демонстрационных установках.
Больший интерес представляют исследования по каталитическому восстановлению NOx метаном и ряд разработок фирмы EER (США) под общим названием Advanced Reburning, основанных на совместном использовании СНКВ и трехступенчатого сжигания.
Сущность новой технологии EER заключается в том, что специальный реагент-восстановитель (вероятно, N-содержащее вещество) вводится в Reburning зону наряду с топливом, температура окислительной зоны оптимизируется таким образом, чтобы в ней с необходимой эффективностью реализовался СНКВ процесс. Для повышения его эффективности наряду с N-содержащим веществом вводится инициатор, расширяющий «температурное окно» процесса. В качестве инициаторов предложено использовать растворимые неорганические соли. Процессы исследуются на стендовых установках и прогнозировать перспективность применения этой технологии пока преждевременно.
Advanced Reburning
Обсуждается также технология неселективного каталитического восстановления оксидов азота природным газом, широко используемая в азотной промышленности. В принципе она может найти применение на небольших газовых котлах, размещенных в районах, где по экологическим соображениям исключено применение аммиака. Достаточно подробно представлена «безреагентная» технология, реализованная для очистки выхлопных газов автомобилей. В энергетике она нашла применение для очисти от NOx выбросов газовых двигателей Отто.
Перспективы применения методов очистки от NOx, первой стадией которых является окисление окиси азота до NO2, в том числе окисление в коронном разряде и водных растворах различных окислителей не являются очевидными.
Третье направление исследований, представленное процессами нацелено на создание комплексных технологий пылегазоочистки. В идеальном случае является заманчивым осуществить комплексную очистку от NOx, SO2 и пыли одновременно в одном аппарате, что должно привести к снижению затрат на очистку.
Впервые комплексная очистка дымового газа одновременно от NOx и SO2 с использованием активированного угля (процесс BF-UHDE) был внедрен на ТЭС в Германии при использовании двух аппаратов, через которые непрерывно циркулирует гранулированный активированный уголь. Важными преимуществами метода являются одновременность очистки также от Cl- и F-содержащих соединений и тяжелых металлов. Метод получил ограниченное применение в ФРГ из-за высоких инвестиций, необходимых при его реализации.
Внедрен также способ SNOX (DeSONOX), разработанный в Дании. Способ предполагает сочетание СКВ и каталитического окисления SO2 до SO3 с последующей гидратацией последней в серную кислоту. Инвестиции при его реализации примерно равны затратам на одновременное сооружение серо- и азото -очистных установок. Однако эксплуатационные затраты при содержании серы в угле выше 1,6% существенно ниже, чем при использовании традиционных установок.
Перспективным представляется и мокрая EDTA-технология одновременной очистки от NOx и SO2 с использованием щелоч ных растворов хелатных комплексов двухвалентного железа, основанная на сорбции NO ионами Fe(II), и абсорбции SO2 щелочью, приводящая в конечном итоге к образованию труднорастворимых амидо- и имидо-сульфонатов. Однако опытные испытания на ТЭС в Германии показали, что из-за высокой стоимости и потерь катализатора процесс может быть конкурентноспособным лишь после отработки стадии регенерации.
С середины 90-х годов рядом американских фирм разрабатывалась CuO — технология, основанная на восстановлении NOx аммиаком в присутствии CuO-катализатора, при одновременном связывании SO2 до сульфата меди (ранее эти работы велись в Германии). Основной нерешенной проблемой ее применения является регенерация катализатора. В связи с этим в Германии технология была реализована с использованием двух аппаратов, попеременно работающих в режимах очистки газа и регенерации катализатора. В США отрабат ывался процесс в движуще мся слое катализатора. Нам представляется, что перспективы практического внедрения у этого процесса не очевидны, поскольку многократные фазовые переходы (CuO-CuSO4-CU-CuO) приведут к разрушению гранул катализатора и , следовательно, к малому его ресурсу и большим эксплуатационным расходам.
Аналогична вышеописанной американская NOXSO-технология, основанная на химическом связывании NOx и SO2 карбонатом натрия до нитрита и сульфата натрия. Для регенерации сорбента процесс проводится в движущемся слое. Нитрат термически разлагается в специальном аппарате с выделением NOx, нейтрализуемых в котле (NOx примешивается к воздуху горелок). Сульфат натрия регенерируется в соответствующем аппарате с образованием H2S и SO2, поступающих для переработки в серу на установку Клауса. Способ отработан на стенде мощностью 5 МВт. Однако без проведения опытно-промышленных испытаний однозначно говорить о перспективах использования этого метода не представляется возможным, так как, во-первых, необходимо определить оптимальные условия нейтрализации NOx в топке котла, во-вторых, не определен ресурс сорбента и, в третьих, вызывает возражение размещение установок Клауса на ТЭС.
Концептуально описаны электронно-лучевая и озонные технологии, основанные на окислении NO и последующего связывания NO2 и SO2 аммиаком до сульфатов и нитратов. Эти процессы активно разрабатывались в Японии, Германии, США и России. Однако, не внедрены на ТЭС из-за трудности улавливания аммонийных солей, а также высоких энергозатрат на собственные нужды.
Оригинальный способ пылегазоочистки в одном аппарате, получивший название SNRB, разработан в США и основан на совместном использовании мокросухой очистки от SO2 с помощью извести, СКВ-технологии азотоочистки и обеспыливания при высокотемпературной фильтрации дымового газа через керамический фильтр. При оптимальных условиях, рекомендуемых разработчиками, эффективность очистки составляет от NOx — выше 90%, от SO2 — не менее 82 %, от летучей золы -99,9 %. Однако, процесс испытан только на пилотной установке мощность 5 МВт. Поэтому оценить перспективность технологии не представляется возможным.
В середине 90-х годов американской фирмой EER разработан оригинальный CombiNOx-процесс, который включает в себя трехступенчатое сжигание, СНКВ и впрыск перекиси водорода или смесей перекиси водорода с метанолом в температурную зону 320-820 °С с целью окисления NO.
В присутствии Н2O2 максимальная конверсия NO в NO2 достигала 95 % в лабораторной и 87 % — в пилотной установках (при H2O2/NO=1,5). При этом важно отметить, что присутствующая в дымовом газе SO3 превращается в SO2 с конверсией не ниже 85 % . Эффективность улавливания NO2 в скруббере в зависимости от условий орошения достигала 85 %.
В целом, эффективность денитрификации в процессе CombiNOx по данным пилотных исследований (стендовая установка на 3 МВт) может достигать 90 %, при этом процесс не снижает эффективность сероочистки, которая равна 99 %. Разработчики утверждают, что затраты на азотоочистку при CombiNOx-процессе ниже, чем при СКВ. Вместе с тем данных об испытаниях этого процесса в реальных условиях ТЭС в настоящее время нет.
Качественный крепеж для стропил доступен для заказа на http://www.metallist.org/krepezh-dlya-stropil/.