Реферат: Воздействие на здоровье людей, являются причиной гибели хвойных лесов, плодовых деревьев, снижения урожайности сельскохозяйственных культур, закисления водоемов


Природоохранные технологии в промышленной теплоэнергетике Модуль 4

Методы и технологии очистки дымовых газов от оксидов серы

1. Общие сведения

При сжигании серосодержащего топлива образуется два оксида серы: сернистый ангидрид (SO2) и серный ангидрид (SO3). Оксиды серы, а также образующиеся при соединении в атмосфере с водяным паром кислоты (Н2SO3 и H2SO4) оказывают вредное воздействие на здоровье людей, являются причиной гибели хвойных лесов, плодовых деревьев, снижения урожайности сельскохозяйственных культур, закисления водоемов. Кроме того, оксиды серы являются причиной коррозии стальных конструкций и разрушения различных строительных материалов.

В атмосфере выброшенный из дымовой трубы сернистый ангидрид под действием солнечного света окисляется в серный ангидрид, а затем переходит в серную кислоту. Время существования оксидов серы и продуктов их трансформации в атмосфере составляет (по данным различных исследований) от нескольких часов до нескольких суток и за это время воздушными потоками они могут быть перенесены на огромные расстояния (до 1000 км). В этом заключается явление дальнего и сверхдальнего переноса оксидов серы. По этой причине в некоторых странах Европы сложилась парадоксальная ситуация, когда, например, Норвегия, Швеция, Швейцария и некоторые другие страны получают в результате переноса больше оксидов серы, чем выбрасывают сами.

С целью сокращения огромного экономического ущерба, наносимого выбросами оксидов серы, в 1983 г. была подписана конвекция ЕЭК ООН по сокращению трансграничного переноса оксидов серы на территории Европы. В соответствии с этой Конвекцией страны участницы (в том числе СНГ) обязались сократить выбросы сернистых соединений в атмосферу к 1993 г. на 30% (по сравнению с 1980 г.). Россия свои обязательства выполнила.

На отечественных ТЭС нет промышленных сероулавливающих установок. Снижение выбросов окислов серы происходит за счет замещения сжигаемых на электростанциях серосодержащих топлив (в основном мазута) природным газом. Однако это не может окончательно решить проблему сокращения оксидов серы, учитывая положение с добычей газа и его расходом на нужды других отраслей промышленности. Необходимо учитывать также и то, что обеспечить круглогодичную подачу газа на ТЭС, как правило, не удается. По этой причине, например, ряд московских ТЭЦ в осенне-зимний период (от 5 до 25% годового рабочего времени) вынуждены работать на мазуте или твердом топливе. Поэтому проблема снижения оксидов серы стоит очень остро.

Мировой опыт показывает, что ни одна из технологий сероулавливания не может быть успешно внедрена без опытной проверки в условиях реальной ТЭС. Поэтому длительное отставание с сооружением в нашей стране опытно-промышленных сероулавливающих установок усложняет и без того тяжелое положение с сероулавливанием в энергетике.

На сегодня можно говорить лишь о нескольких опытно-промышленных установках (ОПУ). В стадии освоения находится установка на Дорогобужской ТЭЦ производительностью 1 млн. м3/ч газа по аммиачно-циклическому методу и опытно-экспериментальная установка Губкинской ТЭЦ, производительностью 106 тыс. м3/ч газа по мокрому известняковому способу. Введена и испытана ОПУ на Молдавской ГРЭС, использующая аммиачно-озонный метод одновременной очистки газов от окислов азота и серы производительностью 10 тыс. м3/ч газа, на Северодонецкой ТЭЦ испытывалась установка по магнезитово-циклическому методу.

По иному обстоит дело в развитых капиталистических странах. На зарубежных электростанциях (в Германии, Японии, США, Австрии, скандинавских странах и др.) с начала 70-х годов успешно эксплуатируются и сооружаются новые установки по улавливанию окислов серы из дымовых газов. Национальные прграммы по оснащению ТЭС сероочистными установками на ближайшие 10 лет оцениваются в несколько сотен млн. $, в ряде случаев до 2…3 млрд. $.

Несмотря на то, что оснащение сероочистными установками повышает стоимость ТЭС на 25…30% и на 5…15% повышает стоимость тарифов на электроэнергию в США, Японии, Германии, Австрии и др. странах эти установки обязательны для всех новых угольных блоков. Подлежат оснащению сероочистными установками и большинство действующих энергоблоков. Всего в мире оснащено сероочистными установками оборудование установленной мощностью более 135 ГВт.

В Германии к 1995 г. завершена программа десульфуризации выбросов от действия ТЭС. Эти мероприятия обошлись только по капиталовложениям более чем в 13 млрд. DM. Программа охватила оснащение сероулавливающими установками практически все ТЭС общей мощностью около 50 ГВт. При этом стоимость одного кВтч электроэнергии для оснащенных сероулавливающими установками энергоблоков возрасла на 1,0…2,2 пф., что соответствует повышению общего уровня цен на электроэнергию по стране на 0,5 пф. на 1 кВтч.

В нашей стране из-за узковедомственного подхода к экономическому обоснованию затрат на сооружение электростанций, остаточному принципу выделения средств на природохрану внедрению систем очистки дымовых газов от окислов серы и азота не уделялось должного внимания. По этой причине до настоящего времени разработанные различными организациями технологии очистки выбросов от SО2 и NOX не проверены в условиях эксплуатации, их проектные показатели уступают зарубежным, промышленное производство отечественных катализаторов не налажено.

Так же не проводилась работа по изучению и использованию зарубежного опыта путем закупки лицензий и организации совместного производства оборудования.

^ Общая оценка сокращения выбросов окислов серы

Сегодня существует два основных направления снижения выбросов окислов серы энергетическими установками, сжигающими серосодержащее топливо:

предварительное (перед сжиганием) снижение серы в исходном топливе (десульфуризация топлива);

очистка дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу от окислов серы с помощью специальных установок.

Десульфуризация является перспективным направлением снижения выбросов окислов серы от действия ТЭС, так как одновременно наиболее полно решается задача устранения отрицательных последствий, связанных с образованием и прохождением по тракту котла окислов серы, повышения экономичности сжигания. При этом не возникает вопроса об утилизации продуктов обессеривания дымовых газов. Но обессеривание жидкого и твердого топлива (в отличие от обессеривания газообразного топлива, которое достаточно просто осуществляется на месте добычи) является достаточно сложным в техническом плане процессом. Однако, опыт Японии, например, показывает, что экономически целесообразно проводить обессеривание мазута до 0,5…1,0% вместо 2,,,3% исходных для городских ТЭЦ. учитывая стесненные условия, дефицит производственных площадей, этот способ для городских ТЭЦ может оказаться единственно возможным в будущем. Тем более, что в качестве дополнительного эффекта обессеренный мазут позволяет повыть на 1…2% экономичность газомазутных котлов и существенно повысить их эксплуатационную надежность.

Однако, наибольшее распространение в мире получило второе направление снижение окислов серы – очистка дымовых газов в сероулавливающих установках. В настроящее время известно более 80-и модификаций способов удаления SO2 из дымовых газов.

Наиболее часто применяются установки сероочистки с применением дешевых природных реагентов – извести (Са(ОН)2 – гидрат оксида кальция) или известняка (СаСО3 – карбонат кальция) с получением в виде конечного продукта гипса или сульфатно-сульфитной смеси.

^ 2. Классификация способов сероочистки

Все известные на сегодня способы организации технологического процесса удаления сернистого ангидрида из дымовых газов можно классифицировать следующим образом:

абсорбционные, при которых сернистый ангидрид связывается химически в промывочной жидкости физическим путем посредством молекулярного притяжения (абсорбция – поглощение вещества из растворов или газов твердыми телами или жидкостями, которое происходит во всем объеме поглотителя – абсорбента), например, абсорбция на основе соединений аммиака (NН3) к которым можно отнести процесс «IFP» (Французский институт нефти) по которому работает более 40 установок в мире (в том числе 10 в США), процесс Cominco (Cominco Engineering Services Limited), Британская Колумбия, Канада; процессы «Соксал», «Сульф-икс», США; процесс «Elsorb», Норвегия; процессы «E-SOX», «Lids», кампания Бабкок-Вилклкс, США [282] и др.;

адсорбционные, при которых происходит связывание сернистого ангидрида с поверхностью твердого материала чисто физическими силами взаимодействия (адсорбция – поглощение вещества из растворов или газов твердыми телами или жидкостями, которое происходит только на поверхности поглотителя – адсорбента, например активированного угля);

хемосорбционные, при которых происходит химическое связывание с твердым материалом.

Вышеперечисленные способы можно разделить на мокрые и сухие в зависимости от того, в какой фазе происходит процесс связывания сернистого ангидрида.

По виду конечного продукта, получаемого в результате реакции, методы сероочистки можно классифицировать на методы с получением продукта, пригодного для дальнейшего применения (например, гипс в мокром процессе), и методы с получением продукта “на выброс” (сульфитно-сульфатная смесь при распылительной абсорбции).

Мокрые абсорбционные методы, использующие для связывания сернистого ангидрида промывочные растворы со щелочными свойствами, получили наиболее широкое распространение. К этим методам относятся:

абсорбция SO2 с помощью основных щелочных соединений (NaOH, Na2CO3, Na2SO3), например, процесс «Wellman-Lord», США, Япония [282]. Связывание SO2 в этом процессе проходит без каких-либо осложнений так как во всем диапазоне pH промывочного раствора образуются хорошо растворимые соли. Этот метод экономически оправдан только тогда, когда возможна регенерация абсорбента, так как эти соединения относительно дороги, а образующиеся в результате реакции легкорастворимые соли не подлежат хранению и дальнейшему использованию;

абсорбция SO2 с помощью щелочно-земельных соединений (Ca(OH)2, CaCO3, Mg(OH)2). В этих процессах связывание SO2 производится при помощи суспензии, поскольку растворимость упомянутых веществ в воде сильно зависит от значения pH раствора. На этих установках имеется серъезная опасность зарастания оборудования трудноудаляемыми отложениями. Это явление наблюдалось у известняковых установок первого поколения и оно послужило причиной отказа от их дальнейшего распространения. Конечным продуктом этих методов, как правило, является гипс, пригодный к дальнейшему применению;

абсорбция SO2 с помощью так называемого двойного щелочного способа, при котором щелочной абсорбент регенерируется с помощью щелочно-земельного соединения с выделением конечного продукта, пригодного для дальнейшего применения. Этот способ получил наибольшее распространение в США и Японии в 1975...1983 гг., однако из-за сложности и высокой стоимости не нашел пока широкого применения, хотя старые установки (в том числе и крупные функционируют);

абсорбция SO2 с помощью соединений аммония (NH4OH и (NH4)2SO3). В результате процесса получается серная кислота и сера.

Все более широкое применение находит постоянно совершенствующийся полусухой метод связывания SO2 – метод распылительной абсорбции, при котором связывание SO2 происходит каплями суспензии извести Са(ОН)2, распыляемой в потоке дымовых газов. Сдерживающим фактором для широкого распространения этого эффективного и относительно несложного метода является ограниченное применение, получаемого в результате процесса конечного продукта – сульфито-сульфатной смеси.

К сухим способам очистки можно отнести:

сухой аддитивный метод (хемосорбция), при котором щелочно-земельные соединения (в основном известняк) непосредственно вдуваются в топку или подаются туда вместе с топливом. метод имеет относительно низкую эффективность, процессы «Bergbau Frschung», Германия; «HOKCO», США и др.;

хемосорбция SO2 с применением окиси меди (метод «УОП-Шель»);

каталитическое окисление SO2 в SO3, с получением в результате процесса серной кислоты, процесс «WSA», разработанный фирмой «Haldor Topse» Дания [282];

адсорбция SO2 с применением активированного угля или кокса, с получением конечного продукта разбавленной серной кислоты или гипса;

радиационно-химическая очистка дымовых газов от окислов серы и азота (радиолиз), разрабатывается фирмой «Штейнмюллер», Германия, также и в России, СО РАН («Институт Ядерной Физики»). Поток дымовых газов после ввода в него аммиака облучается пучком ускоренных электронов. Конечным продуктом является сульфат и нитрат аммония.

^ 3. Мокрые способы очистки

Мокрые абсорбционные способы очистки дымовых газов от сернистого ангидрида, использующие в качестве сорбента недорогой и недефицитный материал (известь, известняк) получили наибольшее распространение в мире, несмотря на опасность образования в аппаратах трудноудаляемых отложений. Из всего количества действующих на сегодня в мире сероулавливающих установок около 90% составляют установки, использующие этот метод. Освоение данного метода сероочистки в США, Японии, Германии ведется еще с начала 1970-х годов и благодаря накопленному большому опыту эксплуатации он непрерывно совершенствуется. (Достаточно сказать, что к 1980...1983 гг. Около 90% всех сероулавливающих установок работали по мокрому способу [114])

В основе метода мокрой абсорбционной очистки дымовых газов лежит нейтрализация сернистой кислоты, получающейся в результате растворения диоксида серы, содержащегося в дымовых газах, гидратом окиси Са(ОН)2 (известью) или карбонатом кальция СаСО3 (известняком).Известь более дорогой и дефицитный материал. Однако применение извести в качестве сорбента позволяет почти в 2 раза сократить расход реагента, снизить расход электроэнергии на приготовление суспензии и орошение абсорбера. Поэтому в ряде случаев применение может быть оправдано, несмотря на то, что по сравнению с известняком ее стоимость может быть в 2…2,5 раза выше. С применением извести в США работают около 35% мокрых сероочистных установок, в Германии – 20%, в Японии – 11%.

Преимуществом метода является:

применением в качестве реагента недорогих и недефицитных природных материалов;

относительная простота технологии при высокой степени очистки газов от SO2, достигающая в современных установках 95…98%;

получение конечного продукта, пригодного для дальнейшего использования;

сравнительно невысокие капитальные затраты на сооружение установки.

Недостатки метода:

охлаждение дымовых газов в процессе очистки до температуры насыщения, что требует их повторного подогрева в специальном подогревателе, усложняющего технологическую схему;

наличие сточных вод, требующих очистки;

большие габариты установки.

Промышленные установки сероочистки первого поколения, работающие по мокрому известняковому принципу, появились в начале 70-х годов в США и в Японии и не получили широкого распространения, так как в них происходило зарастание абсорбента трудноудаляемыми отложениями, а в качестве конечного продукта получались смесь золы, сульфита кальция и непрореагировавшего известняка, которая после обезвоживания должна направляться в специальные хранилища.

Процесс мокрой известняковой сероочистки непрерывно совершенствуется. В Японии, США, Германии и других странах в настоящее время эксплуатируются установки второго поколения с совершенной технологией, высокой степенью автоматизации процесса, позволяющей использовать минимум обслуживающего персонала (1…3 оператора в смену). В качестве конечного продукта на этих установках получают товарный гипс.

На Губкинской ТЭЦ введена в действие сероочистная установка, работающая по мокрому известняковому методу. Эта установка по технологии соответствует мировым тенденциям, но существенно уступает зарубежным образцам по уровню автоматизации и механизации. При эвивалентной мощности 15 МВт для ее обслуживания предполагается использовать 72 чел, тогда как аналогичные установки мощностью более 200 МВт в Германии и Японии обслуживает 1…2 чел в смену. Кроме того зарубежные установки намного коппактнее.

При всем многообразии конструктивных, аппаратных, схемных решений действующих на сегодня и проектируемых сероочистных установок по мокрому известняковому способу в каждой из них можно выделить следующие функциональные блоки:

подготовка, хранение и дозирование суспензии известняка или известкового молока;

абсорбция сернистого ангидрида и окисления сульфита кальция в сульфат (гипс);

получения, обезвоживания и обработки гипса;

очистки сточных вод.

Полученный в результате очистки конечный продукт – двухводный гипс (CaSO42H2O) отделяется от воды и затем может быть использован по одной из следующих схем:

отгрузка необработанного двухводного гипса с 10…15% влажности непосредственно потребителю или его складирование и хранение;

высушивание при температуре около 100 ОС, гранулирование и отгрузка потребителю;

обжиг при температуре 170…190 С для получения высококачественного полуводного гипса (CaSO4(1/2)H2O), используемого для строительных целей в качестве вяжущего материала.

^ 3.1.Опытно-экспериментальная установка (ОЭУ) мокрого известнякового метода Губкинской ТЭЦ

Технологический процесс удаления SO2 основан на методе абсорбции диоксида серы путем промывки газов суспензией известняка [115]. Установка сероочистки состоит из следующих основных узлов: отделения приготовления известняковой суспензии, отделения абсорбции, отделения приготовления гипса. Принципиальная схема показана на рис.1.

В отделении приготовления известняковой суспензии установлены: аппарат приготовления крепкого раствора известнякового молока, сборник известнякового раствора и мельница мокрого помола.

В отделении абсорбции смонтированы, рис.1: два абсорбера (2 и 3) внутренним диаметром 3 м и высотой 12,6 м с каплеуловителями, гидрозатворы, циркуляционные сборники (5 и 6) и циркуляционные насосы.

В отделении приготовления полуводного гипса установлены: сгуститель ^ 8, сборник сгущенной пульпы 9, репульпаторы, автоклав 10, вакуумфильтр 11, барабанная газовая сушилка 12, транспортная система, шаровая мельница, силос готовой продукции.

Дымовые газы от одного из котлов БКЗ-75-39Ф (станционные номера 5 и 6) объемом до 150000 м3/ч очищаются от золы в мокрых золоуловителях, где их температура снижается до 75 ОС. Газы подаются в абсорбционное отделение специальным дымососом и последовательно проходят две ступени очистки, промываясь суспензией известняка.

Суспензия из отделения приготовления поступает циркуляционный сборник второго по ходу газа абсорбера и циркуляционным насосом подается на форсунки этого абсорбера.

Во втором по ходу газов абсорбере окислы серы дымовых газов, реагируя с известняком, превращаются в сульфит кальция

СаСО3+SO2=СаSО3+СО2

и частично в сульфат кальция, а также непрореагировавший известняк, через циркуляционные сборники подается в абсорбер первой ступени, где проходит реакция окисления сульфита в сульфат кальция за счет кислорода дымовых газов

2СаSO3+О2=2СаSО4.





^ Рис.1. схема опытно-экспериментальной установки Губкинской ТЭЦ

1 – дымовые газы от котла; 2 – абсорбер первой ступени; 3 – абсорбер второй ступени; 4 – выход очищенных газов к дымовой трубе; 5, 6 – циркуляционные сборники; 7 – линия подачи известняковой суспензии; 8 – сгуститель пульпы; 9 – сборник сгущенной пульпы; 10 – автоклав; 11 – вакуумный фильтр; 12 – сушилка; 13 – гипс на склад
Из абсорбера первой ступени суспензия, содержащая до 90% сульфата кальция выводится в сгуститель и далее в сборник сгущенной пульпы, из которого она поступает в репульпаторы, куда подается портландцемент (для связывания примесей и увеличения показателя водостойкости материала) и малеиновая кислота в качестве регулятора кристаллизации гипса. после репульпаторов сгущенная суспензия направляется в автоклав-реактор, где при температуре 1275 ОС происходит перекристаллизация двухводного гипса в полуводный гипс (CaSO40,5H2O). Далее гипс проходит отжим на ленточном вакуумфильтре, сушку в сушильном барабане (до влажности не более 20%) и размол в мельнице тонкого помола. Готовый гипс поступает на склад готовой продукции.

За три года эксплуатации (1990…1993 гг.) число часов использования установки составило около 6000, максимальная длительность непрерывной работы – 30 суток.

Данный период эксплуатации показал, что:

основное оборудование отделения приготовления известняковой суспензии работает надежно, что позволяет исключить из схемы некоторые элементы (мельницу мокрого помола, гидроциклоны и сборник известнякового ратсвора);

степень очистки дымовых газов от диоксида серы составляет 85…90%;

применение мазута для подсвета ингибирует процессы абсорбции и уменьшает степень очистки до 70%;

после 6000 часов работы 80% форсунок абсорберов вышли из строя;

отмечена ненадежная работа арматуры, соединительных трубок, регулирующей аппаратуры практически на всех участках установки;

высокий абразивный износ насосов-дозаторов.

^ 3.2. Опытно промышленная установка по аммиачно-циклическому методу (Дорогобужская ТЭЦ)

В основу ОПУ Дорогобужской ТЭЦ положен аммиачно-циклический способ очистки дымовых газов от диоксида серы [116].

Установка выполнена в виде двух параллельных блоков (ниток), расчитанных на очистку 100000 м3/ч от четырех котлов ПК-20.

Один из блоков выполнен по схеме с предварительным охлаждением дымовых газов до 28 ОС водой специального цикла, включающего в себя бак нейтрализатор, осветлитель, двухсекционую вентиляторную градирню и насосное оборудование.

Нейтрализация закисленной в результате контакта с дымовыми газами охлаждающей воды осуществляется известковым молоком.

Во втором блоке охлаждение дымовых газов перед подачей их для абсорбции SO2 до 65 ОС происходит за счет испарения части циркулирующего раствора (блок без охлаждения).

Общим для обоих блоков являются: отделение сушки и снижения сернистого ангидрида, цикл оборотного производственного водоснабжения с градирней, компрессорная, узел осушки сульфата аммония, отделение разложения и аммиачное хозяйство.

Принципиальная схема установки (проектная) показана на рис.2.

Дымовые газы после первой ступени очистки от золы (батарейные циклоны) поступают в электрофильтр 3. Дымососом 4 обеспыленные дымовые газы подаются в нижнюю секцию “а” абсорбера 5, где они орашаются водой и охлаждаются до 28 ОС. Верхние секции абсорбера “б” и “в” орошаются в свою очередь поглотительным раствором, содержащим сульфит-бисульфит аммония образующимся при контакте дымовых газов, содержащих SO2, и промывочного раствора, насыщенного аммиаком по реакциям:

2NH3+SO2+H2O(NH4)2SO3;

(NH4)2SO3+SO2+H2O2NH4HSO3.

Очищенные от SO2 дымовые газы поступают в “мокрый” электрофильтр ^ 6, где освобождаются от тумана раствора аммонийных солей, после чего выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу. Из секции “б” абсорбера поглотительный раствор самотеком поступает в сборник 13, откуда насосом 14 через подогреватель 17 подается в десорбер 18, где при температуре 96…97 ОС и разрежении 210 мм рт. ст. происходит разложение раствора бисульфита аммония с выделением газообразного сернистого ангидрида по реакции:

2NH4HSO3 (NH4)2SO3+SO2+H2O.




^ Рис.2. Схема установки очистки дымовых газов по аммиачно-циклическому методу (Дорогобужская ТЭЦ)

1 - котел; 2 - циклоны; 3 - сухой электрофильтр; 4 - дымосос; 5 - абсорбер; 6 - мокрый электрофильтр; 7 - нейтрализатор; 8 - осветлитель; 9 - бак осветленной воды; 10, 12, 15, 16 - насосы; 11 - градирня; 13 - сборник насыщенного раствора; 14 - сборник регенерированного раствора; 17 - теплообменник; 18 - десорбер; 19, 20 - сушильная башня; 21, 22 - сборник серной кислоты; 23 вакуум-насос; 24, 25 - теплообменник; 26 - танк жидкого сернистого ангидрида; 27 - фильтр; - 28 - выпарной аппарат; 29 - центрифуга; - сушильный барабан



Регенерированный раствор сульфита аммония стекает через теплообменник 17 в сборник 14. Сюда же подается газообразный аммиак для поддержания поглотительной способности раствора в регламентированных пределах. Из сборника 14 насосом 15 регенерированный раствор подается в секцию “в” абсорбера, замыкая цикл.

Влажный газообразный диоксид серы транспортируется вакуум-насосм ^ 23 через сушильные башни 19 и 20, орошаемые 93 и 98%-ной серной кислотой соответственно. Осушенный диоксид серы поступает в отделение сжижения, где в теплообменнике 24 охлаждается оборотной водой до 35 ОС и в холодильнике 25 сжижается раствором хлористого кальция СаCl2 при отрицательных температурах. Сжиженный диоксид серы стекает в танк-хранилище 26, откуда отгружается в ж/д цистерны потребителю.

В процессе абсорбции диоксида серы за счет содержащегося в дымовых газах триоксида серы и кислорода в промывочном растворе образуется сульфат аммония, а также накапливается зола. Поэтому часть регенерированного раствора непрерывно выводится из цикла на очистку от золы в фильтре 27. Часть фильтрата отводится для выпаривания влаги и получения кристаллического сульфата аммония в выпарном аппарате 28. Кристаллы сульфата аммония в центрифуге 29 отделяются от маточного раствора, подаются в сушильный барабан 30 и затем на склад готовой продукции.

Некоторые технико-экономические характеристики установки предложены в табл.1.

^ Технико-экономические характеристики ОПУ Таблица 1

Наименование

Величина

Проектная степень очистки от сернистого ангидрида, %

93

Сметная стоимость, млн. руб (в ценах до 1989 г.)

23,96

Выход товарной продукции, т/год

жидкий сернистый ангидрид

кристаллический сульфат аммония

коллоидная сера


36000

28000

429

При пуско-наладочных работах установки, которые проводились в три этапа с 1988 до конца 1990 года, был выявлен рад недостатков:

в результате ошибки при проектировании была занижена вдвое пропускная способность газоходов;

система пневмозолоудаления электрофильтров оказалась неработоспособной по причинам как проектного, так и эксплуатационного характера;

проектная плотность орошения абсорбера поглотительным раствором (2 м3/ч раствора на 1 м2 сечения абсорбера) оказалась недостаточной, вследсвие чего около 60% уловленного в абсорбере диоксида серы выбрасывалось в атмосферу;

др.

В итоге после третьего этапа испытаний удалось вывести установку на устойчивый режим работы. При этом степень очистки дымовых газов от диоксда серы составила 80…93%. Однако из-за частых неполадок оборудования, низкой надежности арматуры, нарушения химзащитных покрытий, разгерметизации тракта сушки и некоторых других была остановлена и больше в работу не включалась. Было принято решение о проведении дальнейших работ по освоению установки с учетом полученного опыта.

^ 3.3. Некоторые зарубежные методы «мокрой»сероочистки

3.3.1.Метод «Хемико»

На рис.3 показана принципиальная схема одной из установок мокрого известнякового метода обессеривания дымовых газов с конечным продуктом - «на выброс». Дымовые газы после котла очищаются от золы в электрофильтре и дымососом направляются в абсорбер, причем перед абсорбером дымовые газы разделяются на два потока: 80% поступает в абсорбер, а 20% по байпасу поступает в газоход после абсорбера. Сделано это для того, чтобы нагреть очищенные газы, так как они охлаждаются в процессе очистки до температуры точки росы.





^ Рис.3. Схема установки известнякового метода обессеривания дымовых газов:

1 - котел; 2 - электрофильтр; 3 - дымосос; 4 - абсорбер; 5, 10, 13, 15 - насосы; 6 - бункер извести; 7 - емкость для гашения извести; 8 - вода; 9 - емкость для известковой суспензии; 11 - сгуститель; 12 - центрифуга; 14 - отстойник; 16 - дымовая труба
Суспензия известняка готовится в специальной емкости и оттуда подается в нижнюю часть абсорбера, откуда насосом перекачивается в 4 яруса форсунок, расположенных в верхней части абсорбера.. Проходя через орошающую жидкость, двуокись серы вступает в реакцию с известняком:

СаСО3 + SO2 + 1/2 Н2О = СаS03·1/2Н2О+СО2.

Сульфит кальция и непрореагировавший известняк вновь подаются со дна абсорбера в форсунки, а часть этой суспензии откачивается в специальный сгуститель, из которого поступает в центрифуги. Обезвоженный сульфит кальция направляется в отвал. Такие установки работают на нескольких электростанциях США.

По такой схеме работают установки обессеривания газов на Магнитогорском металлургическом комбинате.

^ 3.3.2 Метод Саарберг-Хельтер-Лурги (СХЛ)

Этот метод разработанный фирмами Саарберг-Хельтер Умвельттехник и Лурги (Германия) является типичным мокрьм абсорбционным способом сероочистки второго поколения с получением в качестве конечного продукта товарного гипса. В качестве сорбента применяется известняк (СаСО3) или гидроокись кальция Са(ОН)2.

В основе технологии ошметки по методу СХЛ лежат следующие химические реакции:

2НСООН+СаСО3Са(НСОО)2+Н2О+СО2; (1)

2SО2+2Н2О2Н2SО3; (2)

Са(НСОО)2+2Н2SО3Са(НSО3)2^ +НСООН; (3)

Са(НSО3)2+О2+2Н2ОСаSО4·2Н2О+Н2SО4; (4)

Са(НСОО)2+Н2SО4+2Н2ОСаSО4·2Н2^ О+2НСООН; (5)

Са(НСО3)2+Н2SО4+2Н2ОСаSО4·2Н2О+2Н2О+2СО2. (6)

Процесс оксидирования и получения гипса происходит в результате реакции (4), как в движущемся потоке дымовых газов за счет наличия в них кислорода, так и в отстойниках абсорбера куда подведен сжатый воздух. При этом имеет место также и побочные процессы (реакция 5, 6), в результате которых также получается двухводный гипс.

Отличительная особенность процесса очистки по методу СХЛ заключается в том, что в нем применяется прозрачный щелочной раствор промывочной жидкости, обладающей буферными свойствами. Существующие мокрые системы очистки, использующие известь или известняки, вследствие их плохой растворимости в воде работают на водной суспензии сорбента с определенной долей твердой фазы, что всегда связано с опасностью появления отложений, забивания трубок или сопл. В способе СХЛ добавка в суспензию сорбента -карбоновой (муравьиной) кислот приводит к образованию хорошо растворимого в воде формиата кальция. В свою очередь это способствует повышению концентрации в промывочном растворе ионов кальция, необходимых для связывания SО2.





^ Рис.4. Схема очистки дымовых газов на ТЭЦ Лихтерфельд (Германия):

1 - котел; 2 - электрофильтр; 3 - дымосос; 4 - абсорбер; 5 - каплеуловитель; 6 - подогреватель дымовых газов; 7 - бункер известняка; 8 - емкость с карбоновой кислотой; 9 - емкость приготовления свежего промывочного раствора; 10 - узел обезвоживания гипса
Другой особенностью процесса СХЛ является использование в схеме двухступенчатого абсорбера. В первой ступени промывочный раствор подается по ходу дымовых газов (прямоток), а во второй - навстречу потоку (противоток).

Принципиальная схема установки показана на рис.4. Дымовые газы после котла очищаются в электрофильтре и дымососом подаются в абсорбер. Пройдя две ступени очистки от SО2, дымовые газы освобождаются от капельной влаги в специальных каплеуловителях, проходят газовый подогреватель и через трубу выбрасываются в атмосферу. В другом варианте дымовые газы после очистки вбрасываются в атмосферу без дополнительного подогрева через специальную градирню.

Свежий промывочный раствор приготовляется в специальной смесительной емкости. В нее из бункера дозируются сорбент (известняк или известь) и карбоновая (муравьиная) кислота. Сюда же добавляется промывочная жидкость из отстойника второй ступени абсорбера. Из смесительной емкости свежеприготовленная промывочная жидкость подается в оросительную систему первой ступени абсорбера. На оросительную систему второй ступени абсорбера промывочная жидкость поступает из отстойника первой ступени (верхние сопла) и второй ступени (нижние сопла). Непрерывная циркуляция промывочного раствора в обеих ступенях абсорбера осуществляется специальными насосами. Часть промывочного раствора с гипсовой суспензией отбирается из отстойника второй ступени и направляется в узел фильтрации, где происходит отделение кристаллов гипса от промывочной влаги с помощью центрифуги или другим способом. Оттуда двухводный гипс поступает на промежуточный склад, а фильтрат возвращается в абсорбер.

По мнению специалистов фирмы предложенный метод сероочистки вследствие специфических особенностей технологии имеет определенные преимущества по сравнению с методами других фирм. В основном это связано с использованием в процессе карбоновой (муравьиной) кислоты и сводится к следующему:

использование в качестве промывочной жидкости прозрачного раствора вследствие переводи суспензии известняка (извести) в легкорастворимый формиат кальция;

повышение активности промывочного раствора из-за увеличения концентрации ионов кальция в растворе;

придание раствору буферных свойств, что, при обеспечении высокой стабильности значения рН, облегчает и упрощает процесс регулирования, позволяет надежно организовать процесс промывки в диапазоне значений рН =5,5...3,5.

По данным фирмы для установок СХЛ характерен пониженный удельный расход циркулирующего в абсорбере промывочного раствора, что несколько снижает эксплуатационные расходы. Расход промывочного раствора составляет около 1 литра на 1 м3 очищаемого газа. На аналогичных установках фирмы Бишофф, работающих по мокрому известняковому методу, этот показатель доходит до 10...11 л/м3.

Эффективность очистки для установок СХЛ колеблется в диа-аэоне 80...95%. Общая стоимость сероочистной установки по методу СХЛ для электростанции мощностью 500 МВт (США) при содержании серы в угле до 3,5% и степени обессеривания 90% составляет около 40 млн. $ или 80 $ на 1 кВт установленной мощности (по цене 1979 г). Годовые эксплуатационные затраты составляют в среднем 0,4...0,5 цента на 1 кВт·ч.

^ 3.3.3 Метод -Хитачи

Японской фирмой "Хитачи" разработано несколько совершенных систем очистки дымовых газов, нашедших применение как в самой Японии, так и за ее пределами. Установки эти хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации с точки зрения эффективности очистки и надежности.


^ Рис.5. Схема сероочистной установки, работающей по мокрому известняковому методу (фирмы Хитачи):

1 - котел; 2 - электрофильтр; 3 - дымосос; 4 - регенеративный газовый подогреватель; 5 - предвключенный скруббер; 6 - циркуляционная емкость скруббера; 7, 10, 12, 16, 20, 22, 25 - насосы; 8 - абсорбер; 9 - дымовая труба; 11 - окислительная емкость; 13 - окислительная башня; 14 - сгуститель; 15 - емкость сгустителя; 17 - центрифуги; 18 - конвейер; 19 - емкость центрифуг; 21 - емкость осветленной воды; 23 - емкость известняка; 24 - емкость для приготовления суспензии; 26 - переключающий шибер
На рис.5 показана принципиальная технологическая схема сероочистной установки, работающей по мокрому известняковому методу. Дымовые газы после котла очищаются в электрофильтре 2 и при температуре 125...130 ОС насосом 3 подаются в теплообменник 4, где они, отдав часть тепла очищенному газу, охлаждаются до 90...95 ОС, после чего поступают в предвключенный скруббер с трубой Вентури 5. Здесь дымовые газы охлаждаются до температуры насыщения и дополнительно очищаются от частиц золы и недожога. Кроме того, в скруббере адсорбируется некоторое количество окислов серы (SО2 и SО3), а также других вредных примесей, мешающих процессу сероочистки (НCl и НF). Вода для орошения скруббера поступает из его рециркуляционного бака 6 с помощью специального насоса 7. На выходе из скруббера установлен каплеуловитель. Уловленные капли жидкости с частицами золы, механического недожога и других примесей собираются в нижней части скруббера, откуда сливаются в рециркуляционный бак. Часть золовой пульпы отбирается после насоса 7 и направляется на обработку или в отвал. Далее дымовые газы поступают в абсорбер 8.
© РОНЛ.орг 2000-2026 По всем вопросам обращаться на эту почту: admin@ronl.org