автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Разработка технологических основ использования природного цеолита для денитрации дымовых газов котельных установок

^ #

На правах рукописи

КУПРЮНИН АЛЕКСЕИ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНОГО ЦЕОЛИТА ДЛЯ ДЕНИТРАЦИИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

05.14.14. Тепловые электрические станции (тепловая часть)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск - 1998

Работа выполнена в Томском политехническом университете

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Заворин А. С.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Басин A.C.

кандидат технических наук, профессор Лебедев В.М.

Ведущая организация:

АО ЭиЭ «Иркутскэнерго»

Защита состоится « гв » октября 1998 г. в ^5"час. 00^ мин. на заседание диссертационного Совета К 063.80.06 по присуждению ученой степени кандидата наук в Томском политехническом университете по адресу: 634034 г. Томск, пр. Ленина, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Томского политехнического университета.

Автореферат разослан « •> сентября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного Сов

A.C.Заворин

Общая характеристика работы

Актуальность работы.

В настоящее время в практике очень широко используются технологические методы снижения выхода оксидов азота из топочных устройств, основанные на воздействии на механизмы образования.

Реконструкция действующего оборудования, однако, не снимает всех вопросов по оздоровлению экологической обстановки. Эта задача может быть решена за счет очистки уходящих газов, причем в оптимальном сочетании эффективных технологий подготовки топлива, его сжигания и методов очистки дымовых газов. Одним из перспективных направлений в очистке дымовых газов являются сорбционные методы, основанные на поглощении оксидов азота различными сорбентами. Наиболее приемлемыми в данном случае можно рассматривать природные цеолиты, которые обладают очень развитой внутренней поверхностью и способны адсорбировать многие вредные компоненты газовой смеси.

Цель работы.

Целью настоящей работы является изучение термофизических свойств природного цеолита и параметров адсорбции оксидов азота из потока газовой среды для применения в качестве сорбента при разработке технологических схем очистки дымовых газов энергетических котлов.

В соответствии с поставленной целью в работе рассмотрен и решен ряд задач, основными из которых являются:

- определение фазового состава минерального сырья, его структурных свойств, влагоемкости и термостойкости;

- экспериментальное исследование кинетики адсорбции и десорбции (регенерации), а также изотермических процессов адсорбции оксидов азота природным цеолитом;

- исследование сорбционных взаимодействий оксидов азота с движущимися в потоке дымовых газов взвешенными частицами сорбента;

- проведение испытаний опытно-промышленной установки с целью сравнения лабораторных и промышленных результатов исследований и оценка применимости рассматриваемого метода очистки дымовых газов.

Научная, новизна.

1. Определен количественный состав фазовых составляющих цеолит-содержащего минерального сырья Холинского месторождения Бурятии.

2. Проведенный дифференциально-термический анализ проб минерального сырья позволил оценить термофизические преобразования цеолита под воздействием высокотемпературной обработки, которые накладывают определенные ограничения на используемые диапазон температур при термической активации и фракционный состав сорбента.

3. С помощью разработанных методик исследования на специально созданных лабораторных установках проведен ряд экспериментов по адсорбции оксидов азота природным цеолитом из потока газовой среды, приближенной по составу к дымовым газам энергетических котлов, в результате чего получены физические характеристики кинетики взаимодействия сорбента с молекулами МОх.

4. Получены данные о сорбционных свойствах цеолита при различных параметрах газовой среды (температуре, концентрации КОч), а также при разных физических состояниях сорбекга (темпера|уре активации, фракционном составе).

Автор чаишшает.

'. Результаты экспериментальных исследований термофизических свойств природного цеолита и параметров адсорбции оксидов азота.

'Л. Рекомендации к практической реализации и зариакт технологической схемы очистки дымовых газов с использованием природного сорбента.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечены: использованием в экспериментальных исследованиях общепризнанных методов замера параметров; тщательным и многоразовым измерением; удовлетворительным совпадением лабораторных экспериментальных результатов с данными теоретических расчетов, а также с опытными данньши, полученными на действующем котельном оборудовании.

Практическая ценность.

1. Разработаны технологические параметры для практической реализации способа очистки дымовых газов от оксидов азота с использованием природного цеолита (оптимальная температура и размеры частиц, температура дегидратации сорбента, величина адсорбции в зависимости от концентрации сорбируемого вещества в газовой фазе, скорость адсорбции и регенерации'!.

2. Предложен вариант схемы промышленной установки для очист-си дымовых газов от оксидов азота с безотходным использованием сор-5ента и паровой утилизацией оксидов азота, элементы которой опробо-¡аны в составе опытно-промышленной установки.

3. Результаты работы используются в учебном процессе в курсе «ТЭС, V3C и охрана окружающей среды», курсовом и дипломном проектировании.

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались: на тучно-техническом семинаре «Энергетика: экология, надежность, безопас-юсть» (Томск, 1994, 1996 гг.); на областных научно-практических конфе->енциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и ехнологии» (Томск, 1995, 1996 и 1997 гг.); на Второй научно-технической гонференции «Минеральная часть топлива, шлакование, загрязнение и очитка котлов» (Челябинск, 1996 г.); на международной конференции ¡Сопряженные задачи механики и экологии» (Томск, 1996 г,); на Первом 1еждународном научном симпозиуме «Молодежь и проблемы геологии» Томск, 1996 г.); на научных семинарах кафедры парогенераторостроения и трогенераторных установок Томского политехнического университета 1994- 1998 гг.).

Публикации.

По результатам выполненных исследований опубликованы тезисы 8 (окладов и 5 статей.

Личное участие автора.

Автором выполнены работы по созданию экспериментальных тендов. Разработана и освоена методика проведения экспериментов, оздано программное обеспечение для проведения опытов и обработки юлученных данных, проведены эксперименты, результаты которых |редставлены в данной работе. В анализе структурных свойств и фазо-ых превращений природного цеолитового сырья, в разработке экспери-1ентальных стендов, в постановке задачи исследования, обсуждении ме-одики экспериментов и полученных результатов наряду с научным ру-юводителем принимали участие с.н.с. A.A. Макеев, с.н.с. Л.Л. Любимо-

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка ис-ользованной литературы, включающего 101 наименование. Общий объем

диссертации составляет 169 страниц текста, включая 42 рисунка и графике 21 таблицу.

Содержание работы.

Во введении показана актуальность работы, дана общая характеристи ее направленности.

В первой главе рассматривается современное состояние исследований опыта использования сорбентов в газоочистке.

Приведенный литературный обзор о сорбционных процессах позволя сделать заключение о достаточно хорошей изученности физических явлени происходящих при адсорбции газов различными сорбентами. Но несмот] на это, большинство уравнений, описывающих адсорбцию, сводится к опр делению разного рода констант, которые находятся только опытным путем.

Поэтому важным этапом в разработке технологического оборудован] для очистки дымовых газов топливосжигающих устройств от оксидов азо' является проведение ряда опытов на экспериментальных установках, позв ляющих оценить сорбционно-десорбционную способность природного це лита по оксидам азота.

На основе анализа опубликованного в литературе теоретического экспериментального материала поставлена задача настоящего исследования

Во второй главе изложены результаты физико-химического изучен! структуры и термофизических свойств природного цеолитового матер!^ как объекта экспериментальных исследований методами рентгенострукту ного, рентгенофазового и дифференциально-термического анализов. В р зультате выявлена минералогическая природа цеолитсодержащего материги Холинского месторождения Бурятии, определен количественный состав ф зовых составляющих минерального сырья, который включает 40% цеолита виде твердого раствора гейландит-клиноптилолита (62.5 : 37.5%); 36% пол вого шпата, состоящего из трех минеральных разновидностей щелочных т левых шпатов; 24% низкотемпературного /? - кварца и скрытокристаллич! ского низкодисперсного каолинита. На основании этого сформулирован основные условия для экспериментов, включая подготовку цеолита, заклн чающуюся в термической обработке размолотого минерала при температу{ 400°С, а также некоторые требования к фракционному составу сорбента пр использовании его в качестве сорбирующего агента применительно к к» тельным установкам.

В третьей главе рассматриваются методические основы экспериментальных исследований. Приводится описание лабораторных стендов, реализующих экспериментальную базу для проектирования устройств газоочистки. Первый стенд представляет собой замкнутую систему циркуляции газовой среды через неподвижный слой размолотого природного цеолитового материала. Второй стенд выполнен в виде прямоточной системы реакционных колон, по которым движется мелкая фракция распыленного в потоке газовой среды сорбента. Газовая среда в обоих случаях по составу приближена к дымовым газам паровых котлов ТЭС и синтезируется методом порционного смешения следующих газовых компонент: СОг, N2, НгО и ЫОх . Оксиды азота КОх при этом включают N0 и N02 и производятся химическим путем на основе реакции между сульфатом железа (Ре804-7Н20) и нитритом натрия (№N02). Изменение концентрации оксидов азота в газовой среде за счет их поглощения цеолитом фиксируется колориметрическим методом с использованием реактива Грисса-Илосвая.

В главе также рассмотрены основные аналитические зависимости для обработки экспериментальных данных.

В четвертой главе приводится описание лабораторных экспериментальных исследований сорбционных свойств природного цеолита по отношению к оксидам азота. В экспериментальном стенде с неподвижным сорбентом газовая среда пропускалась через слой дегидратированного цеолита 8 (рис. 1) массой 5 г, загруженного в реакционную колонку. При этом происходило поглощение оксидов азота сорбентом. Масса сорбента определялась экспериментально исходя из максимального использования его эффективной поверхности методом постепенного уменьшения слоя насыпки частиц размером 0.375-0.6 мм на сетке 7 и контроля количества поглощаемого вещества.

Очищаемый газ подавался через патрубок 5 в нижнюю часть реакционной колонки и при помощи диффузионного колпачка 6 и сетки 7 распределялся равномерно по всему слою цеолита.

Температура газов внутри колонки при адсорбции составляла 100°С. Количество газа колебалось в пределах 0.109-0.105 м3 (при нормальных условиях), с учетом падения давления в системе при отборе проб газов. Отбор проб производился в начале эксперимента после смешивания газов и равно-

мерного диффузионного распределения оксидов азота в газе-носителе, и лее через каждые три минуты в течении 30 минут.

Рис. 1. Реакционная колош 1 - корпус; 2 - крышка: ; прокладка; 4 - патрубок отв< газов; 5 - патрубок подвода зов; 6 - диффузионный кол чок; 7 - решетка; 8 - слой с бента; 9 - термопара; 10 -мотка нагревателя.

После насыщения слоя сорбента (в конце эксперимента с одной пос янной температурой) проводилась его регенерация сухим горячим возду> с температурой 400ЧС, нагреваемым в реакционной колонке при помо электронагревателя 10 и поступающим в установку через осушающую 1 кость с силикагелем. Отбор проб производился через каждые пять мину течение 60 минут. Возможность регенерации (десорбции) объясняется с зическим характером процессов адсорбции полярных молекул цеолитами.

В качестве кинетического параметра адсорбции у использовано от! шение количества адсорбированных оксидов азота на единицу сорбента мг/г, определяемого через равные промежутки времени в течение экспе] мента, к равновесному значению А мг/г, называемому предельной вели1 ной адсорбции, при котором количество компонентов адсорбирующихся 1 олитом равно количеству десорбирующихся:

А

У

- <р(г),

(1)

ЛС-У

Величины А и А^ в данном случае определяются по формуле: А =-

Ч

где - изменение концентрации оксидов азота за счет адсорбции, мг/м3; Уг -объем газа в экспериментальной установке при нормальных условиях, м3; тц — масса сорбента в реакционной колонке, г.

250°С

Рис. 2. Кинетические кривые адсорбции оксидов азота цеолитом

-экспериментальная кривая;

......расчетные кривые.

500

1000

1500 2000 г, с

Исследования кинетики адсорбции показали (рис. 2), что процесс поглощения идет более интенсивно в начальный момент времени (~50 секунд), в течении которого адсорбируется основная часть оксидов азота, что отражается линейным, почти вертикальным подъемом кривой, а по истечении четырех минут процесс практически завершается.

Для оценки достоверности экспериментальных исследований важным представляется промежуток времени, за которое система достигнет адсорбционного равновесия. Для проводимых исследований это время составляет ~ 2! минуту (рис. 2). При увеличении исходной концентрации оксидов азота в газовой среде, адсорбируемых цеолитом в течение заданного промежутка времени при постоянной температуре, наблюдается повышение предельной величины адсорбции, что наглядно можно представить в виде изотермы адсорбции (рис. 3). Повышение же температуры газов в данном случае, напротив, уменьшает адсорбцию, что происходит, возможно, за счет смешения сорбционного равновесия в сторону десорбции. Выбор температуры дляисс-ледований (100 и 250°С) основан на диапазоне температур уходящих газов топливосжигающих устройств, наиболее часто имеющих место в практике.

1000 2000

3000 4000 С, мг/м3

Рис. 3. Изотермы адсорбции оксидов азота цеолитом, дегидратированным при 400°С

Область исследуемых концепт ций, представленная на рис. 3, зируетси, во-первых, на сущ*, вующих в настоящее время 1 бросах N0* (до 2000 мг/м3) и, вторых, на конструктивных о бенностях экспериментальной ; тановки, которые не позволя ограничиться определенным л нимальным интервалом конце траций оксидов азота. Но да; этог ин триал лежит в облас низких концентраций, т.е. значи

телыю меньших, чем состояние насыщения дли данною газа. ')то отражает в линейном \apaKiepe и«лерм адсорбции; в данном случае справедлш уравнение Ленгмюра:

А ~Лт-К-С, (2)

где А,„ - молекулярное заполнение адсорбента, г/г; С - концентрация вещ| ства и объеме, г/см3:

С

С = ——(линейная область Генри),

(3)

где С„ - концентрация адсорбированною вещества, г/см'; к - константа равновесия (константа Генри); АГ- константа равновесия адсорбции.

Полученные изотермы адсорбции позволяют производить расчеты ки нетики адсорбции. Скорость адсорбции оксидов азота цеолитом определяет ся из уравнения:

ас

1=п

■Мп

д. Г

(4)

где г ~ радиус частиц сорбента, см; В„ - коэффициенты, определяемые и-уравнения:

6 Вг

В» ~ —5

Мп (К + Вг ~ В>>

где и„- корни характеристического уравнения:

0

. «Ю-т^;, («

0Г П

о1 = — - критерий Био, /?е = — - эффективный коэффициент диффузии,

г/см3, коэффициент массообмена Д отнесенный к единице объема слоя, с*1:

Р = (7)

Со т

где А - величина адсорбции, г/г, достигнутая за время г, с; С„ - исходная концентрация вещества в газовой смеси, г/см3; коэффициент диффузии на единицу сечения пористого тела О':

£>'=£ 4-, см2/с, (8)

где г = —7— - пористость сорбента и к2 - ~ коэффициент извилистости Д' / и

каналов, 5, с1' — кажущийся и истинный удельные веса сорбента, г/см3, истинная длина каналов, см; с1 - диаметр частицы, см; О - коэффициент диффузии, см2/с:

д.мггг^'/р:. „>

и«; л/,

р - давление, мм рт. ст.; (Т1 - сумма радиусов молекул газов в смеси, см: Л^ - постоянная Авогадро; М - молекулярный вес; п - количество газовых составляющих в смеси; К - универсальная газовая постоянная; коэффициент Генри Г:

Г = (Ю)

о

Расчетная кривая кинетики адсорбции при температу ре 100°С практически повторяет профиль экспериментальной кривой (максимальное расхождение составляет 1.8%, рис. 2), что говорит о достаточной точности экспериментальных исследований, а также о приемлемости основных расчетных зависимостей. С этой точки зрения расчетным путем можно оценить изменение сорбционной активности природных цеолитов при изменяющихся параметрах газовой среды. Так, при увеличении температуры газов до 250°С и при неизменных остальных параметрах (давлении газов и концентрации

NOx) скорость адсорбции резко возрастает (рис. 2). Это можно объясни увеличением эффективного коэффициента диффузии De, значительно прев лирующего над изменением коэффициентов Вп и [Лт зависящих от величин адсорбции, которая при повышении температуры среды падает (рис. 3). Э также связано с повышением скорости, но в данном случае — скорости д сорбции. Таким образом, при повышении температуры происходит рост ск рости адсорбции-десорбции, причем адсорбционное равновесие смещается сторону десорбции.

Дальнейшее повышение температуры будет увеличивать количсст: десорбированных компонентов, что лежит в основе регенерации использ ванного сорбента. Но, как отмечалось выше, максимальная температура с раничена - до 400°С. Для исследования десорбции (регенерации) при ук занной температуре в качестве кинетического параметра использовано о ношение количества десорбированных оксидов азота Ад, мг/г, определяем! через равные промежутки времени в течение эксперимента, к предельной в личине адсорбции Ах, мг/г. Результаты экспериментальных исследован! представлены на рис. 4 в виде кинетической зависимости:

A j

= 1--i- = f(T).

(!1)

В отличие от адсорбции, реген рация - процесс достаточно дл тельный. Это, возможно, связа1 с затратами времени на разрь связей адсорбата (МОх) с повер ностью сорбента. И если проие адсорбции заканчивается уже п{

3 минутах для 250°С, то реген рация даже при более высок« температуре 400°С за 80 мин; протекает не в полной мер Практически же время десорбш можно ограничить 20 минутами, течении которых происходит наиболее интенсивное удаление адсорбирова ных компонентов, которое составляет 48 %, что, учитывая только частичн

0 10 20 30 40 50 60 70 80 X, мин

Рис. 4. Кинетическая кривая десорбции оксидов азота из цеолита при температуре 400°С

заполнение микропор цеолита при адсорбции в условиях низких концентраций, вполне может быть основанием многоциклового использования рассматриваемого сорбента в процессах очистки дымовых газов от оксидов азота.

Для исследования сорбционной способности цеолита, подготовленного при пониженных относительно 400°С температурах, зачастую имеющих место при эксплуатации энергетического оборудования, и проверки данных дифференциально-термического анализа путем сорбционного опробования цеолита, дегидратированного при повышенной температуре, сорбционным исследованиям были подвергнуты 4 пробы цеолита одного фракционного состава, дегидратированные при температурах 200, 300, 400 и 500°С. При этом параметры газовой среды (температура, давление и начальная концентрация N0^) не изменялись. Результаты исследований представлены на рис. 5 в виде зависимости А0 = /(¡д), где Д, - относительная величина адсорбции, %:

С -С С

здесь, С0 и С- начальная и равновесная концентрации МОч в газах. мг м~'.

Поведение сорбента в заданных условиях закономерно, т.е. снижение температуры дегидратации везет к неполному обезвоживанию цеолита, что и отражается в падении сорбии-онной способности относительно максимального значения, равного 91 % для полностью дегидратированного сорбента при температуре 400°С. Увеличение же температуры дегидратации, по данным дифференциально-термического анализа, ведет к разрушению кристаллической решетки цеолита, что также отрицательно сказывается на сорбционной способности.

Дробление цеолитсодержащей горной породы является необходимым этапом подготовки сорбента для процессов очистки дымовых газов. В ре-

100 200 300 400 500 600 (д, °С

Рис. 4.4. Зависимость сорбционной способности цеолита от температуры его дегидратации

зультате данной операции размеры получаемых частиц находятся в очень широких пределах, в частности, размеры частиц исследуемого минерального сырья лежат в диапазоне ~ 0,01 -ь 2.5 мм. В этой связи целесообразно проведение экспериментальных исследований по адсорбции оксидов азота природным цеолитом различного фракционного состава.

Для исследований были использованы 3 пробы размолотого цеолито-вого материала, содержащего следующие группы по размерам частиц: 0.375 + 0.6 мм, 0.6 -5-1.0 мм, 1.0 ч- 2.5 мм, подготовленные при одинаковых условиях. В результате получена зависимость среднего диаметра частицы d от параметра К, который представляет собой безразмерную величину, прямо пропорциональную произведению величины адсорбции А, мг/г, на массу

сорбента тц, г, и обратно пропорциональную произведению концентрации

3 3

оксидов азота С, мг/м , на объем газов Уг, м :

А-т..

К =-Я-. (12)

С Уг

В данном случае уменьшение размера негранулированной частицы ведет к возрастанию сорбционной способности, причем по степенному закону, так как величину адсорбции, входящую в уравнение (12), можно описать эмпирическим уравнением Г. Фрейндлиха:

А = kC1/n, (13)

где к и 1/п - константы при заданных условиях, которые зависят от природы адсорбента и адсорбата.

Экспериментальные исследования сорбционных взаимодействий частиц цеолита с оксидами азота в потоке газовой среды проводились на экспериментальном стенде с движущимся сорбентом. В смесителе 12 рабочего участка установки (рис. 6) происходило смешение газовой среды и дегидратированного при температуре 400°С сорбента с размерами частиц от 75 до 150 мкм, равномерно мелкими порциями поступающего из бункера 10 через питатель 11. За счет постоянного числа оборотов шестерни питателя расход цеолита оставался постоянным в течении всех опытов и был равен 0.03 г/с. При этом расход газов, приведенный к нормальным условиям, составлял 5.33-10"4 м3/с. Образовавшаяся пыле-газовая смесь продвигалась по реакционным колоннам, где происходило поглощение оксидов азота цеолитом. Использование фракционного состава указанного диапазона позволило повы-

сить сорбционную способность движущегося сорбента на 15% по сравнению с неподвижным слоем.

5 Рис. 6. Рабочий участок й - s экспериментальной уста-

новки

1- реакционные колонны; 2- корпус сепаратора; 3- внутренний цилиндр сепаратора; 4- жа-люзийный сепаратор; 5-патрубок выхода газов; 6- заглушка; 7- электронагреватель; 8- изоляция; 9~ сорбент; 10-бункер; 11- зубчатый питатель; 12- смеситель; 13- патрубок входа газов; 14- термопара; 15-двигатель электропривода.

Расчет времени реагирования сорбента с газами в газоочистной установке произведен с использованием программы для ЭВМ на алгоритмическом языке FORTRAN, основанной на решении системы обыкновенных дифференциальных уравнений движения твердой частицы в потоке газов с использованием метода Рунге-Кутта: dx dt

du I $ Ми

(ug-u)±g.

Здесь: и - скорость движения частицы, м/с; - скорость газов, м/с; - вязкость газов, Па-с; /?/, - плотность частицы, кг/м3; 8- диаметр частицы, м; g -ускорение свободного падения; знак «-» означает движение частицы сорбента в восходящем потоке газов, а «+» - в нисходящем. Плотность частицы в данном случае увеличивается с течением времени на величину поглощаемых оксидов азота.

В результате экспериментов были получены изотермы адсорбции оксидов азота неолитом, приведенные на рис. 7 в виде функциональной зависимости А- /(С).

А, мг/г.

25

20

15

10

5

0

60°С

|100°С 150°С

¡200°С

Из приведенных изотерм адсорбции следует, что сорбци-онная способность цеолита сильно зависит ог концентрации оксидов азота в газе и в области низких концентраций имеет линейную зависимость, что согласуется с литератур-

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 ными Данными. При увеличе-

газоочистного оборудования ь газовом тракте котла является область между дымососом и золоуловителем, где эффективная поверхность сорбента не будет засоряться пылью.

Экспериментальные данные о сорбционных свойствах природного цеолита. полученные с использованием двух лабораторных стендов, представляют собой основные свойства сорбента, необходимые при разработке тех-ноло! ических схем очистки дымовых газов котельных установок и их практической реализации при эксплуатации энергетического оборудования.

В пятой главе освещены конструктивные особенности опытно-промышленной установки (ОПУ) очистки дымовых газов сорбентами, описана методика проведения экспериментов и приведены в сравнении с лабораторными исследованиями результаты проведенных испытаний. Тестовые испытания ОПУ проводились с использованием природного цеолп гоиого материала Холинского месторождения, дегидратированного при темпера)урс 150°С. Отмечено, что при достаточно низком дозировании цеолита в поток дымовых газов (50 г/м3) и малом времени реагирования, которое из расчет;] на усредненный диаметр частицы 0.5 мм составляет 2.32 секунды, происходит заметное снижение концентрации оксидов азота, достигающее 8.6%, и уменьшение содержания диоксида серы до 12.5% (без учета присосов воздуха но тракту ОПУ). Приведенные к избытку воздуха эти величины соотис!-ственно составляют 6.88% и 9.96%.

С, мг/м3

нии температуры газов соро-ционная способность цеолита падает. Исходя из этого, оптимальным местом установки

Рис. 7. Изотермы адсорбции оксидов азота цеолитом

Повышение сорбционной активности цеолита до 100% в условиях эксплуатации рекомендуемого очистного оборудования возможно за счет увеличения температуры дегидратации сорбента до 350 ч- 400°С и увеличения его объемного расхода с пониженным фракционным составом.

В приложении к дисертации помешен вспомогательный материал, где приведены характеристики основных цеолитовых месторождений России; программы обработки экспериментальных данных, расчета кинетики адсорбции и времени реагирования сорбента с газами в газоочистной установке; расчетные значения объемного расхода цеолитового сорбента для полной денитрации уходящих газов ТЭС; расчет ожидаемого экономического эффекта от использования сорбентной очистки дымовых газов паровых котлов; справка об использовании результатов исследований в промышленной эксплуатации энергетического оборудования.

ВЫВОДЫ:

1. Термическая активация размолотого минерала позволяет достигать полного удаления адсорбированной влаги, составляющей 40/о от обшей массы, путем нагрева при температуре 400°С. Оптимальный фракционный состав минерального сырья при этом, обеспечивающий равномерное и эффективное удаление влаги по всему объему зерен с сохранением кристаллической решетки цеолита, должен быть ограничен размерами не выше 500 мкм.

2. Адсорбция оксидов азота природным цеолитом указанного фракционного состава из потока газовой среды протекает за время около ¿0 секунд более чем на 50%, полное же время поглощения зависит от температуры газов, повышение которой ведет с одной стороны к сокращению времени на достижение предельной адсорбции, а. с другой стороны, - к снижению количества поглощаемого вещества.

3. Процесс адсорбции на цеолитах сильно зависит от исходной концентрации поглощаемых оксидов азота в газе-носителе, повышение которой ведет к явному увеличению сорбционной активности.

4. Дегидратированный при температуре 400°С природный цеолит способен поглощать до 91% оксидов азота, но эта величина не является абсолютным пределом, а может изменяться в зависимости от способа реализации

процесса очистки газов от NOx, времени контакта и массовой доли сорбент в газах, а также размера частии цеолита.

5. Регенерация oTPcJOTaHHOr° сорбента протекает достаточно и irret сивно в воздушно^ среде при температуре 350 400°С и за время 20 мин> составляет Увеличение времени регенерации способствует большем удалРяИЮ адсорбированных веществ, но не оправдывает себя с точки зрени меньшей эффективности при больших временных затратах.

6. На основании результатов промышленных испытаний получен1 расчетные параметры полного поглощения NOx при оптимальных объемно! расходе, фракционном составе и температуре подготовки сорбента для за данного промежутка времени, а также предложена технология очистки ды мовых газов с безотходным использованием сорбента и паровой утилизацие оксидов азота с эффективностью 83%.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикаци

ях:

1. Экспериментальное определение селективной сорбционной способ ности природного цеолита Холинского месторождения / A.C. Заво рин, A.A. Макеев. О.И. Будилов, A.A. Купрюнин. - В кн.: Энергетика экология, надежность, безопасность: Тезисы докладоз научно технического семинара. - Томск: Изд. ТПУ, 1994, с. 53.

2. Купрюнин A.A. Исследование сорбционных свойств природного цео лита но оксидам азота. - В кн.: Тезисы докладов Областной научно практической конференции молодежи и студентов по технически: наукам и высоким технологиям. - Томск: Изд. ТПУ, 1995, с. 56.

3. Оценка сорбционных свойств природного цеолита применительно очистке дымовых газов паровых котлов от оксидов азота / О.И. Буд1-лов, В.П. Сеннов. A.C. Заворин, A.A. Макеев, A.A. Купрюнин. -кн.: Повышение эффективности производства и использования энер гии в условиях Сибири: Тезисы докладов Региональной научне технической конференции. - Иркутск: ИГТУ, 1995, - с. 118.

4. Купрюнин A.A.. Альков Д.А. Перспективность использования npi родных сорбентов при очистке дымовых газов паровых котлов от oi епдов азота. - В кн.: Тезисы докладов Всероссийской научной геол

гической конференции имени М.А. Усова.- Томск: ТПУ, 1996, с. 81 — 82.

5. Купрюнин A.A. Перспективное направление в области очистки дымовых газов паровых котлов с использованием природных сорбентов. -В кн.: Тезисы докладов 2-й областной научно-практической конференции молодежи и студентов «Современные техника и технологии». - Томск: Изд. ТПУ, 1996, с. 19.

6. О сорбентных свойствах минеральных компонентов при сжигании топлива / A.C. Заворин, О.И. Будилов, A.A. Купрюнин, Л.Л. Любимова. -В кн.: Минеральная часть топлива, шлакование, загрязнение и очистка котлов: Сб. тезисов докладов Второй научно-технической конференции, т. 1, - Челябинск: Урал ВТИ, 1996, с. 37 - 48.

7. Заворин A.C., Купрюнин A.A. Очистка воздуха от оксидов азота минеральными сорбентами. - В кн.: Сопряженные задачи механики и экологии: Материалы Международной конференции. Томск: Изд. ТГУ, 1996, с. 100- 101.

8. Купрюнин A.A. Экспериментальный стенд для очистки газовых сред от оксидов азота циркулирующим сорбентом. - В кн.: Энергетика: Экология, надежность, безопасность: Тезисы докладов научно-технического семинара. - Томск: Изд. ТПУ, 1996. с. 69.

9. Экспериментальные исследования термофизических свойств природных цеолитов в процессах адсорбции оксидов азота / A.C. Заворин,

A.A. Купрюнин, A.A. Макеев, Л.Л. Любимова. - В кн.: Теплоэнергетика: экономичность, надежность, экология: Сб. статей, посвященный 100-летию ТПУ. - Томск: Изд. ТПУ, 1997, с. 23 - 25.

10. Результаты тестовых испытаний опытно-промышленной установки сорбентиой очистки дымовых газов от оксидов азота / О.И. Будилов,

B.П. Сеннов, A.A. Купрюнин. — В кн.: Теплоэнергетика: экономичность, надежность, экология: Сб. статей, посвященный 100-летию ТПУ. - Томск: Изд. ТПУ, 1997, с. 26 - 28.

11. Купрюнин A.A. Структурные свойства природного цеолита. - В кн.: Теплоэнергетика: экономичность, надежность, экология: Сб. статей, посвященный 100-летию ТПУ. - Томск: Изд. ТПУ, 1997, с. 28 - 30.

12. Купрюнин A.A. Экспериментальное обоснование параметров устройств сорбентной очистки дымовых газов ТЭС. - В кн.: Современ-

ные техника и технологии: Труды 3-й областной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Томск: Изд. ТПУ, 1997, с. 43 - 44.

13.Купрюнин A.A., .Ярославцев A.A. Использование минералов при очистке дымовых газов от токсичных соединений. — В кн.: Молодежь и наука - третье тысячелетие: Молодежь и проблемы геологии. Тезисы докладов первого международного научного симпозиума в рамках Международного научного конгресса студентов, аспирантов и молодых ученых. - Томск: Изд. ТПУ, 1997, с. 197 - 198.