Обработка дымовых газов котлов электростанций

Когда говорят про обработку дымовых газов, многие сразу представляют батареи циклонов или огромные скрубберы. Но на деле, особенно на современных ТЭЦ, где режимы горения и топливо меняются, всё упирается в стойкость материалов к высокой температуре и, что важнее, к конденсационным кислотам. Частая ошибка — считать, что основная проблема это зола. Нет, основная проблема — это комбинированная коррозия, когда в одном потоке у тебя и SOx, и HCl, и пары тяжелых металлов, особенно при сжигании низкосортного угля или некоторых отходов. Стандартные решения из нержавеющей стали здесь могут не пройти и года.

Где обычно ?сыпется? система

Возьмем, к примеру, участок между экономайзером и системой десульфуризации. Температура скачет, постоянно есть точка росы для серной кислоты. Обычная сталь 316L в таких условиях быстро покрывается точечными коррозиями. Видел на одной станции под Воронежем — заменили за год почти весь газоход на этом участке. Пробовали делать защитную футеровку керамикой, но вибрация и тепловые расширения дают трещины, и кислота добирается до основы. Получается дорого и ненадёжно.

Или другой момент — фильтры тонкой очистки. Если стоит ткань из PTFE, казалось бы, идеально. Но при резких пиковых выбросах, когда температура подскакивает выше расчетной, даже эта ткань теряет стабильность, начинает деградировать. А стоимость замены всего рукавного фильтра — это десятки миллионов рублей просто на материалы. Поэтому сейчас всё чаще смотрят в сторону металлических фильтрующих элементов, но опять же, вопрос в материале.

Тут как раз выходит на первый план не просто фильтрация, а именно мембранное разделение на основе специальных сплавов. Это не сито, это структура с контролируемой пористостью, которая выдерживает термические удары. Но и это не панацея — если поры забиваются липкой летучей золой, то никакая стойкость к кислоте не поможет. Нужен комплексный подход: и материал, и предварительная подготовка газа, и правильная регенерация.

Почему металлические мембраны — это не просто ?сетка?

Когда впервые услышал про металлические мембранные материалы от компании ООО Чэнду Итай Технология (их сайт — https://www.yitaicd.ru), тоже думал, что это очередная тонкая сетка из сплава. Но когда разобрался, оказалось, что суть в многослойной композитной структуре. Основа — прочный и пластичный сплав, а рабочий слой — это часто спеченный порошок на основе никеля или титана с добавками, который формирует поры определённого размера и, что критично, гидрофобные свойства.

Это важно, потому что конденсат кислот — это водный раствор. Если материал смачивается, то он постоянно находится в агрессивной среде. А если поры гидрофобны, то капли просто не задерживаются на поверхности, стекают вниз. Это радикально продлевает срок службы. На их сайте в описании компании как раз акцент сделан на экологически чистые процессы очистки высокотемпературных газов, и это не маркетинг. Гидрофобность — это один из ключей к тому, чтобы не просто улавливать пыль, но и чтобы сама система очистки не становилась источником проблем из-за частых остановок на ремонт.

Пробовали мы как-то подобные элементы на опытном участке малой ТЭЦ. Не скажу, что всё прошло гладко. Были проблемы с уплотнениями между модулями — стандартные графитовые прокладки не подошли из-за разницы теплового расширения между корпусом аппарата и самой мембраной. Пришлось разрабатывать свой узел крепления, что заняло лишние три месяца. Но сами элементы, за два года пробной эксплуатации, не показали снижения характеристик. Зольность на выходе держалась стабильно ниже 5 мг/м3, что для наших условий было отличным результатом.

Оборотная сторона: сложности с регенерацией

Любой фильтр или мембрана требуют очистки. Обратная импульсная продувка сжатым воздухом — стандарт для рукавных фильтров. Но с металлическими мембранами есть нюанс. Если импульс слишком сильный, можно повредить пористый слой, особенно если там есть скопление спечённых частиц. Если слишком слабый — не оторвётся липкая фракция золы.

Пришлось настраивать систему регенерации практически с нуля. Датчики перепада давления, конечно, стоят, но они показывают уже факт забивания. А чтобы подобрать оптимальный режим (длительность импульса, давление, интервал), нужны были длительные наблюдения. Мы вели журнал, смотрели на состояние элемента после вскрытия. Оказалось, что для нашего типа золы лучше чаще, но короткими импульсами среднего давления. Это, кстати, снизило общий расход сжатого воздуха по сравнению с традиционными фильтрами.

Ещё один момент, который часто упускают из виду — это равномерность распределения газа по фильтрующей поверхности. Если газ идёт одним потоком, то первые элементы забиваются быстрее, их чаще чистят, они быстрее изнашиваются. При проектировании нового узла очистки высокотемпературных газов мы специально закладывали рассекатели и распределительные решётки, чтобы поток был максимально ламинарным и равномерным. Это тоже увеличило общий ресурс.

Интеграция в существующий цикл: больше, чем замена фильтра

Внедрение новой технологии — это всегда ломка существующих регламентов. Нельзя просто взять и поставить блок с металлическими мембранами вместо электрофильтра. Меняется аэродинамическое сопротивление тракта, нужно перенастраивать дымососы. Меняется тепловой баланс, если участок очистки находится до подогрева воздуха или после.

У нас был случай на одной ГРЭС, где решили поставить мембранный блок для тонкой очистки после существующего скруббера. Рассчитывали, что основная нагрузка по улавливанию твёрдых частиц — на скруббере. Но выяснилось, что скруббер давал на выходе огромное количество капельной влаги, которая, смешиваясь с остаточной пылью, образовывала на мембранах плотную, почти цементную корку. Регенерация не справлялась. Пришлось ставить дополнительный каплеуловитель и подогревать газ на несколько градусов, чтобы увести от точки росы. Это целый мини-проект получился, а не просто замена оборудования.

Именно поэтому в описании технологий компании ООО Чэнду Итай Технология подчёркивается комплексный подход — технологии мембранного разделения и экологически чистые процессы. Это значит, что они предлагают не просто кусок материала, а расчёт, интеграцию и, что очень важно, рекомендации по режимам эксплуатации под конкретное топливо и конкретную конфигурацию котла. Без этого даже самый продвинутый материал может не раскрыть свой потенциал.

Взгляд в будущее: что ещё может влиять на газоочистку

Сейчас много говорят про когенерацию и сжигание биомассы. Это новые вызовы для обработки дымовых газов. В биомассе, например, часто высокое содержание калия и хлора. При горении образуются соединения, которые могут давать низкоплавкие отложения на поверхностях теплообмена и на тех же фильтрах. Они забивают поры не механически, а словно ?запаивают? их. Простая продувка здесь не поможет, нужен или нагрев до температур плавления этих отложений (что рискованно для материала), или химическая промывка, что усложняет систему.

Думаю, будущее за гибридными системами. Например, первая ступень — циклон или мокрый скруббер для грубой очистки и охлаждения, а затем — блок металлических мембран для тонкой очистки. Или комбинация мембран с каталитическими слоями для одновременного улавливания твёрдых частиц и разложения диоксинов (актуально для мусоросжигания). Это уже уровень передовых промышленных производств, как указано в профиле компании.

Лично для меня главный вывод из всего опыта такой: не существует универсального решения. Каждая станция, каждый котёл — это отдельная история. Можно взять лучший в мире материал, но если неправильно его установить или эксплуатировать в неподходящем режиме, результат будет плачевным. Поэтому так ценятся не просто поставщики оборудования, а именно технологические партнёры, которые могут погрузиться в проблему и предложить систему, а не деталь. Работа с дымовыми газами — это всегда поиск баланса между эффективностью очистки, капитальными затратами и стоимостью жизненного цикла. И металлические мембраны, при всех их тонкостях, — это мощный инструмент в этом поиске, но инструмент, требующий умелых рук.