Разработка эффективной технологии снижения содержания оксидов серы и азота, а также ртути, в дымовых газах тепловых электростанций угольной генерации

дымовые газы, тепловые электростанции, сжигание угля, оксиды азота, оксиды серы, ртуть, очистка газов, катализ

1. Задача: повышение роли угля в топливно-энергетическом балансе РФ посредством обеспечения приемлемого уровня экологичности тепловых электростанций угольной генерации за счет снижения содержания вредных веществ (оксидов серы и азота, а также ртути) в их дымовых выбросах. 2. Цели: разработать комплексную технологию эффективной очистки дымовых газов тепло- и электростанций, работающих на угольном топливе, от оксидов серы и азота, а также ртути; разработать и испытать в полупромышленных условиях элементы пилотной установки, обеспечивающей эффективное снижение содержания ртути и оксидов серы и азота в газовых выбросах тепловых электростанций, работающих на угольном топливе.

1. Технология очистки дымовых газов тепловых электростанций, работающих на угольном топливе, от оксидов серы и азота, а также от ртути, позволяющая снизить содержание этих веществ в газовых выбросах до значений, близких к нулевым. Апробация элементов разработанной технологии очистки газовых выбросов электростанций, работающих на угле, от оксидов серы и азота, а также от ртути на пилотной установке в полупромышленных условиях. Структура и состав автоматизированной системы управления процессом подавления оксидов серы и азота в выбросах тепловых электростанций угольной генерации.
2. Продукция проекта предназначена для создания и тиражирования эффективных систем очистки дымовых газов ТЭС, работающих на угольном топливе. Ожидается достижение значительного снижения техногенного воздействия на окружающую среду путем применения разрабатываемых методов очистки дымовых газов, обеспечивающих удаление 70-90% оксидов азота, оксидов серы и ртути.

1. Пилотная установка очистки реальных газов ТЭС, работающих на угольном топливе, производительностью по очищаемому газу до 100 нм3/час и включающая следующие компоненты:
- узел получения синтез-газа;
- узел хранения и подачи аммиака;
- узел подготовки и дозирования газовых потоков;
- узел каталитического реактора очистки, для которого должны быть разработаны катализаторы селективного каталитического восстановления оксидов азота, каталитического восстановления оксидов серы;
- блок систем контроля и управления;
- аналитический блок.
2. Полученные результаты характеризуются наличием элементов новизны. Так, новизной технического решения является использование самораспространяющегося синтеза при введении солей Mn и La в алюмосиликатный блок, что позволяет повысить дисперсность активных компонентов и стабилизировать их в приповерхностных слоях носителя.
3. При выполнении международного проекта используется экспериментальный и методологический базис его участников, включая приборную базу ЦКП «Химический сервисный центр СО РАН», которая обеспечивает возможность детального изучения природы активных центров катализаторов на наноуровне, проведения исследований всех стадий приготовления катализаторов с привлечением методов электронной микроскопия высокого разрешения, дифракции, электронной спектроскопии (РФЭС, УФЭС, Оже-спектроскопия, UV-vis спектроскопия), колебательной спектроскопии (ИК и Раман спектроскопия), а также приборный парк Шаньдунского научно-технического университета: растровый электронный микроскоп (SEM, Хитачи S-570), электронный микроскоп с высоким разрешением (HRTEM, JEOL JEM-2100), атомно-силовой микроскоп, нано-размерный анализатор (PSA, Zetasizer Nano ZS), рентгеновский дифрактометр (XRD, Rigaku Ultima IV), электронный зонд (EPMA, JXA-8230). Применение современных оборудования и методик при исследовании катализаторов обусловливает высокую достоверность полученных результатов, соответствующих мировому уровню.
4. К предпосылкам успешного выполнения проекта следует отнести:
- высокий квалификационный уровень исполнителей;
- наличие производственных мощностей для полупромышленной апробации разрабатываемой технологии;
- применение в исследованиях научного и экспериментального оборудования центров коллективного пользования, включая уникальные научные установки;
- участие в проекте ученых КНР, обладающих опытом проведения работ в области снижения содержания вредных выбросов дымовых газах угольных ТЭС.

1. Областью применения ожидаемых научных и научно-технических результатов проекта является промышленная тепло- и электроэнергетика, в которой в качестве топлива используется уголь, а также весьма значительная по суммарной мощности местная теплоэнергетика, представленная малыми и средними котельными, работающими на угле.
2. Элементы комплексной технологии снижения содержания оксидов серы и азота, а также ртути в дымовых газах угольных теплоэлектростанций технологии будут опробованы на опытных установках, инсталлированных в России (очистка от NOx и SOx) и Китае (очистка от ртути). В дальнейшем технология, объединяющая российские и китайские компоненты, будет внедрена на угольных ТЭС в России в территориальных генерирующих компаниях, преимущественно Сибири и Дальнего Востока, в состав которых входят угольные ТЭС.
3. Применение технологии обеспечит существенное снижение техногенного воздействие угольных ТЭС и ТЭЦ на окружающую среду с удалением до 90% NOx, SOx и паров ртути в отходящих газах.
4. Ожидается, что результаты проекта будут способствовать повышению энергетической безопасности РФ путем увеличения доли угля в топливно-энергетическом балансе страны, а также сохранению биоразнообразия и улучшению здоровья населения в регионах с развитой угольной энергетикой.

Разработана методика приготовления блочных носителей и образцов катализаторов на основе меди, хрома и Cu-ZSM-5, а также лабораторная установка для их изготовления методом формования пластической массы (пасты) с помощью вертикального пневмопресса. Выполнен анализ свойств катализаторов: удельная поверхность, пористая структура, дифференциальный термический анализ. Создана лабораторная проточная установка для испытания катализаторов очистки дымовых газов от NОx и SOx. Проведены испытания образцов катализаторов при температуре 300 ºС. Установлено, что для процесса DeNOx наиболее перспективными являются катализаторы 5%CuO/5CeO2-TiO2, 5%CuO/5CeO2-Al2O3 и Cu-ZSM-5, которые обеспечивают конверсию NO на уровне 93-95% и характеризуются высокой стабильностью в реакции СКВ NOx с аммиаком 4NO + 4 NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O. Создан экспериментальный стенд для исследования процессов приготовления суспензий), в т.ч. с использованием СПА с измерением структурно-реологических и теплофизических свойств и сжигания различных топлив с измерением расхода и давления топлива, распыляющего агента и дутьевого воздуха, а также состава дымовых газов.