IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Очистка уходящих газов от сернистых соединений затруднительна из за слишком больших объемов очищаемых газов и слишком малого (0,1–0,3 % по объему) содержания в них окислов серы. Технологически различают сухие и мокрые методы очистки дымовых газов от сернистых соединений. В качестве поглотителей при мокрых методах применяются водные растворы (суспензии) веществ, переводящих окислы серы в сернокислые или сернистокислые соли [1, 2,3].

Одним из безопасных способов очистки дымовых газов является мокроизвестняковый способ (МИС), основанный на интенсивной промывке дымовых газов в абсорбере, установленном за высокоэффективным золоуловителем, известняковой суспензией с получением двухводного гипса.

Рисунок 1 – Принципиальная схема мокроизвестнякового способа очистки дымовых газов:

1,2 – дымососы, 3 – регенеративный газовый подогреватель, 4 – промывочная башня (абсорбер), 5 – дымовая труба, 6 –байпасная линия

В основе этого процесса лежит химическая реакция дымовых газов с известняком в объеме распыленной суспензии известняка с образованием твердого сульфита кальция и углекислого газа

Процесс протекает в абсорбере башенного циркуляционного типа. В нижней части абсорбера накапливается суспензия сульфита кальция. При барботаже воздуха через слой этой суспензии происходит доокисление сульфита кальция в двуводный сульфат кальция (гипс).

Дымовые газы после электрофильтра и дымососа 1направляются через регенеративный газовый подогреватель 3к промывочной' башне 4. Необходимость охлаждения дымовых газов перед промывочной башней вызвана тем, что взаимодействие карбоната кальция СаСО₃ с диоксидом серы SО₂ происходит эффективно только при относительно низких температурах (приблизительно 50 °С). В то же время температура уходящих газов перед дымовой трубой должна быть не ниже 70—80 °С. Для регулирования температуры уходящих газов предусмотрена байпасная линия 6. Для подачи очищенных газов в дымовую трубу используется вспомогательный дымосос 2.

Основным элементом очистки является абсорбер. Дымовые газы поступают в нижнюю часть абсорбера и движутся снизу вверх, проходя последовательно две зоны очистки: реакции связывания SО₂ в слое частично отработанном слое известняка и в зоне свежей известняковой суспензии.

Затем газы проходят зону промывки технической водой, где удаляются механические включения, и подаются в каплеуловительдля удаления воды. Образовавшиеся частицы СаSО₃ поступают в нижнюю часть абсорбера, где в результате барботажа воздуха доокисляются в гипс.

Для повышения эффективности связывания SО₂ и снижения расхода известняка в абсорбере применяется многократная циркуляция известняковой суспензии. После обработки суспензии гипса получают дополнительный товарный продукт – гипс. Таким образом, к достоинствам рассмотренного способа сероочистки следует отнести его высокую надежность и эффективность (из дымовых газов можно удалить до 98 % SО₂), а также получение конечного высококачественного товарного гипса.

К недостаткам метода следует отнести большое количество образующихся минерализованных сточных вод и большие размеры установки, большие капитальные затраты и расход электроэнергии на собственные нужды ТЭС.

В мокросухом методе (МСС) также используется абсорбер, через который продуваются дымовые газы, при впрыскивании суспензии, связывающей диоксид серы дымовых газов, а жидкость суспензии за счет теплоты дымовых газов полностью испаряется.

В процессе очистки протекают реакции с образованием сульфитов кальция или натрия. Если абсорбер установлен перед золоулавливающей установкой, то продукты сероочистки сорбируются вместе с летучей золой и складируются на золоотвале (рисунок 4).

Рисунок 2 - Структурная схема мокросухого способа очистки дымовых газов:

1 – катализатор, 2 РВП, 3 – электрофильтр, 4, 7 – дымососы, 5 – абсорбер, 6 – тканевый фильтр, 8 – подогреватель, 9 – дымовая труба, 10 – питательная вода, 11 – пар, 12 – угольная пыль, 13 – зола, 14 –воздух, 15 – впрыск аммиака, 16 – летучая зола, 17 – известь, 18 – вода. 19 – продукты реакции

К преимуществам МСС относятся: простота технологической схемы; меньшие, чем при МИС, капитальные затраты; меньший расход тепловой энергии на подогрев дымовых газов по сравнению со схемой МИС; отсутствие сточных вод. Недостатками способа являются: значительное энергопотребление (3—6 % мощности ТЭС); повышенный расход дорогих реагентов (извести или соды); низкое качество сухих отходов (отсутствие гипсовых вяжущих веществ); необходимость установки системы очистки дымовых газов от твердых частиц (продуктов реакций) после абсорбера. Из-за этих недостатков МСС получил ограниченное применение.

При очистке по магнезитовому (МЗС) способу дымовые газы поступают в абсорбер типа трубы Вентури, где орошаются суспензией, содержащей оксид магния. Полученный твердый сульфит магния обезвоживается и подвергается термическому разложению при температуре 900°С с образованием концентрированного сернистого ангидрида SО₂ и оксида магния. Концентрированный SО₂ используется для приготовления серной кислоты или элементарной серы, оксид магния используется повторно.

Достоинствами МЗС являются незначительный расход химических реагентов, получение высококачественных побочных продуктов: серной кислоты или элементарной серы. Недостатки способа — невысокая степень улавливания серы (до 90 %), и большой расход тепловой энергии на разложение сульфита магния.

Перечисленные способы не нашли широкого применения из-за низкой эффективности технологий очистки.

Аммиачно-сульфатный способ (АСС) основан на связывании диоксида и триоксида серы водным раствором аммиака с последующим окислением образовавшихся продуктов взаимодействия веществ до стабильного сульфата аммония. Способ основан на поглощении SО₂ из дымовых газов распыленным раствором сульфита аммония (NН₄₎₂SО₃ с образованием бисульфита аммония. После промывки газов раствор бисульфита аммония подвергают нагреву с образованием концентрированного сернистого ангидрида и сульфита аммония. Сернистый ангидрид используется для получения кислоты или элементарной серы, а сульфит аммония (NН₄₎₂SО₃ используется повторно.

Достоинством способа является практическое отсутствие затрат реагентов и небольшой расход тепловой энергии на восстановление (NН₄₎₂SО₃. К недостаткам следует отнести то, что все оборудование должно иметь кислостойкое исполнение, кроме того, достаточно сложна эксплуатация установки. Данный способ находится в стадии освоения.

Технология удаление серы с помощью катализатора разработана в середине 80-х годов и получила название WSА (Wеt Sи1рhипs Асid) и включает в себя: охлаждение газа до заданной температуры в реакторе, конверсию SО₂ в SО₃ на поверхности катализатора, гидратацию SО₃ в Н₂SО₄ и конденсацию паров Н₂SО₄ в конденсаторе. Газ входит в реактор, который имеет один, два или более каталитических слоев в зависимости от содержания SО₂ и необходимой степени конверсии. Реакция протекающая в реакторе экзометрическая, поэтому газ охлаждается между слоями для того, чтобы оптимизировать процесс конверсии. После последней стадии конверсии газ охлаждается, что обеспечивает эффективное протекание реакции SО₃ с парами воды с образованием газообразной серной кислоты. Затем технологический газ поступает в конденсатор, где при охлаждении выделяется конденсат - серная кислота, которая стекает вниз в трубах, ее концентрация увеличивается при смешивании с восходящим потоком горячего технологического газа. Затем серная кислота охлаждается приблизительно до 35 °С в пластинчатом теплообменнике и перекачивается в хранилище Очищенный технологический газ выходит из конденсатора при температуре примерно 100°С содержит лишь незначительное количество паров серной кислоты и направляется в дымовую трубу.

Технология WSА обеспечивает удаление от 95 до 99 % SО₂, который рекуперируется в концентрированную серную кислоту. Отличительные особенности технологии: не используются химические реагенты; отсутствуют сточные воды; эффективная рекуперация технологической теплоты; низкий расход воды для охлаждения.

Для очистки дымовых газов энергоустановок технология WSА может быть дополнена технологией селективного каталитического восстановления для очистки от оксидов азота

Если содержание диоксида серы SО₂ в продуктах сгорания малосернистых углей близко к нормируемым значениям или если необходимо снизить выбросы оксидов серы только на 30—70 %, тогда для рекомендуется использовать малозатратные технологии сероочистки: сухой известняковой (СИТ), очистки известью соды или поташа (КОН).

Сравнительный анализ методов очистки уходящих газов от диоксида серы показал, что существующие технологии очистки дымовых газов от соединений серы позволяют осуществлять их очистку с высокой эффективностью; наибольшую эффективность имеет мокроизвестковый способ, при котором степень сероочистки достигает 98 %; наибольших капитальных затрат требует МИС сероочистки.

Аммиачно-сульфатный способ имеет наиболее благоприятные характеристики на установках небольшой мощности.

Упрощенная мокросухая сероочистка (Е-SO₂) наиболее эффективна при приведенной сернистости сжигаемых углей около 0,1%*кг/МДж.

Список используемых источников

1. Нолан П. С. Сероочистка дымовых газов на ТЭС//Энергетика. 1995. № 6. С. 15.

2. Ольховский Г. Г., Березинец П. А., Малышева В. С. Перспективные парогазовые установки с газификацией угля для экологически чистой энергетики//Изв. РАН. Энергетика. 1997. № 5. С. 20—32.

3. Федяева О.А. Промышленная экология /Конспект лекций. – Омск: ОмГТУ, 2007. - 145 c.

Код для цитирования: Скопировать