 |
Характеристика разнообразных технологий для очистки газов вгд диоксида серы
|
|
|
|
Очистка топлива
Сера присутствует в угле в двух основных формах органической и пиритной. В органической форме сера химически связанная с углеродом угля на молекулярном уровне, потому она может быть удалена, если связки будут разорваны в результате химических процессов. Сера в форме пирита (минерала) присутствует в угле в виде дискретных частиц, которые распределены по всей структуре угля. Пиритная сера может быть удалена из угля физическими методами [9, 12, 13].
Физическая очистка
Физическую очистку угля применяют для того, чтобы уменьшить содержимое в этом золи и серы и таким образом, уменьшить потенциальные выбросы SО2, которые образуются при сгорании топлива. Физическая очистка угля, которую иногда называют вымыванием, представляет собой процесс измельчения угля к такому состоянию, когда материал, который проникает, освобождается из структуры угля. Потом минеральные и угольные части распределяют методами, которые основываются на разнице в их плотности или поверхностных свойствах. Степень десульфурации в результате измельчения и распределения в результате разницы в плотности зависит от содержимого серы в угле, формы серы, а также от материалов, которые используются для приготовления угля. В результате очистки потенциальные выбросы диоксида серы при сжигании угля могут быть уменьшены на 10 – 50 % в зависимости от разновидности угля и процессов его обработки.
Физические методы очистки угля основаны на распределении с использованием разницы по относительной плотности или поверхностным свойствам. Для распределения, которое основывается на относительной плотности, используются гидравлические очистители, сепараторы плотной среды и воздушные обогатители [9, 14]. Среди гидравлических очистителей наиболее широко используются осадительные машины, гидроциклоны и обогатительные площадки. Из них наиболее широко используются осадительные машины для очистки угля. Эти машины применяют для удаления минеральных веществ, а также отходов процесса добывания от крупных и средних кусков угля. Действие осадительных машин основывается на периодических гидравлических пульсациях, в результате чего в слое угля и жильной породы образуются пласты. Более тяжелые материалы отходов удаляются из дна слоя, а чистые частицы угля - из верхней части слоя. С помощью осадительных машин можно проводить предварительную обработку большого количества угля при невысокой стоимости процесса, но нельзя с большой эффективностью выделять органические частицы угля от минеральных частиц, у которых относительная плотность почти такая же. Если у смеси есть большое количество пиритного угля и веществ, какие близкие за плотностью, то эффективность удаления серы может быть достаточно низкой.
|
|
|
Столы мокрого обогащения (столы Дейсера) представляют собой вибрирующие ребристые поверхности, на которые подается суспензия угля. Распределение угля по фракциям происходят вдоль поверхности, в результате в разных местах поверхности стола оказывается относительно разное количество угольных и минеральных частиц разного размера и относительной плотности. Обогатительные столы используют, как правило, для вымывания частиц угля средних и малых размеров (средний диаметр 9,5 – 0,075 мм). Хотя эффективность столов достаточно высока, они нуждаются в больших площадях для размещения в сравнении с гидроциклонами той же производительности.
Гидроциклоны используют для обработки угольных частей средних и малых размеров. Однако, они нуждаются в большом количестве воды и отходы включают в себе большое количество неудаленного угля, который нужно удалить при последующей обработке. Невзирая на эти недостатки, циклоны получили достаточно широкое распространение, потому что они могут обрабатывать большое количество продукции при относительно невысоких капитальных вложениях.
|
|
|
Сепараторы плотной среды включают емкости, в которых эта среда находится, и циклоны плотной среды. Основная масса угля при обработке его в сепараторах плотной среды происходит в суспензии магнезита. Камеры с плотной средой представляют собой статические ванны, в которых происходит распределение частиц, благодаря разнице относительных плотностей. Для грубых частиц угля размером больше 6,3 мм эффективность распределения и энергия очищенного угля составляет 95 – 99 %. Для отмывания частиц угля средних и малых размеров используют циклоны плотной среды. Хорошее удаление угольных и минеральных частиц может быть достигнуто для всех частиц размером больше 0,6 мм. При размере частиц менее 0,3 мм эффективность распределения резко снижается [15].
К распределению, которое основывается на поверхностных свойствах, относится пенная флотация и масляная агломерация. Пенная флотация используется для очистки мелкого угля с размером частиц менее 0,6 мм. Суспензию сильно измельченного угля и минерального вещества вспенивают в присутствии воздуха и воды с небольшим количеством реагента, который способствует образованию маленьких воздушных пузырьков, которые подхватывают гидрофобные частицы угля и выносят их на поверхность. Очищенные в пене частицы угля удаляются из верхней части отсеков, а гидрофильные минеральные вещества опускаются на дно, откуда их потом удаляют. Битуминозный уголь с низким содержимым летучих веществ легче поддается флотации, чем с высоким их содержанием. Тяжелее поддается флотации антрацит, потом идет битуминозный уголь и лигнит [16].
Флотацию в первую очередь используют для того, чтобы удалить золу из измельченного угля. Но ее широко не применяют для удаления пиритной серы из угля, который объясняется тем, что поверхностные свойства угля и пирита существенно не отличаются и нуждаются в использовании специальных депрессантов или другой предварительной обработке [17]. Среднее уменьшение золы при флотации в камерах - 65 – 81 %, пирита - 48 – 65 % [17, 18].
|
|
|
В методах масляной агломерации используют жидкости, которые не смешиваются с водой, - углеводороды, которые позволяют смачивать угольные частицы и агрегатировать их. Маленькие гидрофильные минеральные частицы остаются в суспензии, а наиболее крупные агрегаты масляно-угольного состава отделяются. Методы масляной агломерации перспективны для удаления мелких частиц угля и, особенно для селективного выделения пирита [9, 17].
Традиционно физическая очистка угля сама по себе не может обеспечить выполнение требований стандартов по отношению к количеству выбросов SО2. Но в некоторых случаях физическая очистка угля вместе с десульфурацией дымовых газов из дымохода может оказаться наиболее эффективным и экономичным методом.
Электростатическая и магнитная очистка
Эти методы являются наиболее важными, потому что с их помощью можно очищать очень маленькие частицы угля (размером 0,075 мм), при этом могут освобождаться разнообразные примеси.
Электростатическая очистка угля во многих случаях зависит от электрофизических свойств частиц, их размера, поверхностной влажности, формы, конструкции сепаратора и категории угля [15]. При использовании электростатических методов для очистки угля с высоким содержанием серы содержимое серы на единицу энергии, которая при этом выделяется, уменьшается на 37 – 68 %, уменьшение количества золы на единицу тепловой энергии для того же угля составляет 25 – 59 % [9, 19].
Для магнитного распределения используются сепараторы с высоким магнитным градиентом, а также предварительная обработка угля, которая позволит осуществить процесс с помощью традиционных магнитных сепараторов. Большая часть пирита может быть удалена, но происходит значительная потеря угля. Кроме того, стоимость предварительной подготовки угля для магнитной сепарации и следующей обработки сепарированного угля намного больше, чем самой магнитной сепарации
В 1990 г. были проведены исследования по разработке технологии десульфурации энергетического угля Криворожской ГРЭС перед его сжиганием. Были разработаны и использованы в лабораторных и промышленных условиях варианты технологических схем обогащения и десульфурации угля с использованием магнитных методов. При магнитном обогащении угольной пыли Криворожской ГРЭС ее зольность снизила с 29,6 до 13,2 %, сера общая - с 2,69 до 1,71 %.
|
|
|
Магнитно-флотационная схема обогащения Криворожского угля позволяет выделить низкозольный и низкосерный концентрат (соответственно 9,9 и 1,83 %) при его выходе 67,75 %. При этом получено 12,8 % низкозольных отходов (зольность 85,5 %) и промпродукт зольностью 41,3 % (содержимое общей серы 5,15 %).
Гравитационно-флотационно-магнитная схема обогащения угольной шихты Криворожской ГРЭС предусматривает отдельное обогащение гравитационными методами класса + 3,0 мм и флотационными класса – 3,0 мм Гравитационные и флотационные концентраты направляются после измельчения на магнитную сепарацию. В результате исследований для угля марки Т выделился низкозольный и низкосерный концентрат зольностью 7,47 %, серой общей 1,88 % и серой пиритной 1,04 %. Выход хвостов составил 28,68 % зольностью 74,47 %, серой общей 3,87 %, выброс в хвосты золы и серы общей, соответственно, составил 71,06 % и 38,94 %. В результате магнитной сепарации из концентратов гравитационно-флотационной схемы был выделен высокосерный промпродукт с содержанием золы 34,72 %, серы общей 5,08 %, серы пиритной – 4,21 %. Полученный концентрат является высококалорийным топливом, из которого добыто 85 % золы и 60 % серы общей. При этом калорийность топлива увеличивается с 4800 ккал до 6350 ккал.
Разработанные схемы обогащения и десульфурации энергетического угля позволяют снизить выбросы серных газов в атмосферу на 200000 т/год (65 -70 %), снизить коррозию и изнашивание котельного оборудования, уменьшить расходы на транспортировку, повысить мощность энергоблоков на 15 – 20 % за счет снижения зольности топлива до 9 – 12 %. Исследование распределения таких вредных элементов как ртуть, свинец и мышьяк в продуктах магнитной сепарации показали возможность снижения выбросов их в атмосферу на 55 – 70 %. Результаты исследований могут использоваться при создании высокопродуктивного сепаратора для десульфурации энергетического угля.
Химическая очистка
Процессы химической очистки ограничены возможностью достаточного измельчения угля и протекания реакций с мелкими частицами при участии химических реагентов или без них при определенных температурах и давлениях. Сера, которая содержится в угле, превращается в элементарную серу или соединения серы, которые могут быть удалены из структуры угля. Наиболее удачные процессы имеют такие характеристики:
|
|
|
1) растворение большей части минеральной и органической серы;
2) превращение серы в формы, которые можно легко удалить из структуры угля;
3) минимальные потери энергии угля и минимальная стоимость его обработки.
Наиболее перспективными методами с точки зрения снижения общего содержимого серы является обработка щелочными жидкостями. Важную дополнительную роль при очистке играют механизмы термического разложения угля.
При обработке окислением используют воздух, кислород, хлор, азот или сульфат железа. При наиболее эффективной щелочной обработке используют водные растворы и расплавы гидроксида натрия, кальция или калия [17, 20]. Наиболее эффективные процессы обеспечивают превращения больше 95 % серы, пирита и больше 50 % органической серы в форме, которая поддается удалению. Органическая сера присутствует во многих функциональных формах, а гетероциклические группы, которые вносят большой вклад в общее содержимое органической серы, сопротивляются химическому влиянию, пока не разрушится структура угля, что повлечет за собой потерю химической энергии.
К наименее изученным сторонам химической очистки угля относится удаление или вымывание освобожденных в результате серы и золы, а также реагентов из структуры, которая прореагировала. Удаление этих составляющих из структуры угля и следующее удаление воды, а также осушение угля могут оказаться наиболее ценными во всем процессе химической очистки угля от серы [9, 21].
Очистка угля не возможна без удаления воды, для чего используют вибрирующие сита, центрифуги, вакуум-фильтры или фильтры, которые работают под давлением. Иногда используют термическую осушку для уменьшения массы угля, который транспортируется, а также для увеличения теплоты сгорания, однако благодаря тому, что стоимость осушки достаточно большая, а также в связи с необходимостью удовлетворить нормативы на выбросы загрязнений в атмосферу, термическое осушение заменяют физическим, используя вакуум-фильтры или фильтры, которые работают под давлением.
|
|
|
