Мокрая технология очистки газов от диоксида серы

Загрязнители, такие как диоксид и триоксид серы, хлориды и фториды, небольшое количество твердых частиц удаляется из дымовых газов путем абсорбции щелочной жидкостью. Продуктом этого процесса является гипс (СаSО₄*2Н₂О).

Принципиальная схема мокрого известнякового процесса показана на рисунке 2.7. Главными стадиями схемы очистки являются:

1) осаждение для сырьевых материалов;

2) абсорбция загрязнителей;

3) регуляция уровня рН в суспензии абсорбера;

4) окисление сульфита в сульфат;

5) удаление гипса;

6) отведение сточных вод.

В качестве суспензии для абсорбции в мокром методе используется известняковая или известковая суспензия. Из экономических причин именно известняковая суспензия чаще всего используется, благодаря меньшей реактивной способности известняка.

Известняк, который используется в качестве абсорбента, смешивается с технической водой до гомогенной суспензии. Суспензия, которая поступает в абсорбер, содержит 20 % СаСО₃ по массе и имеет величину рH около 7. Суспензия известняка поступает в абсорбер, при этом ее рН контролируется жидкостью, которая орошает абсорбер.

При абсорбции диоксида серы распыленной суспензией известняка протекают следующие реакции [9, 24]:

 

SO₂(г) → SO₂(ж) (а)

SO₂(ж) + H₂O → H₂SO₃ → HSO₃^- + H⁺ (б)

HSO₃^- → H⁺ + SO₃^2- (в)

 

При этом ион кальция освобождается таким образом:

 

СаСО₃(тв) → CaCO₃(ж), (г)

CaCO₃(ж) → Са²⁺ + СО₃^2- (д)

 

Сульфит ион, который образуется по уравнению реакции (в), соединяется с ионом кальция, который образуется по уравнению (д), с образованием нерастворенного полугидрата сульфита кальция:

 

Са²⁺ + ^2- + 0,5 → СаSО₄*0,5Н₂О (е)

 

В конце концов сульфит ион превращается в гипс:

 

SO₃^2- + 0,5O₂ → SO₄^2- (ж)

Ca₂+ + SO₄^2- + 2H₂O → CaSO₄ * 2H₂O (з)

 

В абсорбере с прескруббером или без него диоксид серы, который содержится в дымовых газах, а также НСl, НР и твердые частицы вымываются суспензией известняка. Благодаря этому величина рН снижается до 3,5 – 4,5.

Одним из важнейших операционных параметров мокрой известняковой технологии есть отношение расхода абсорбционной жидкости к расходу дымовых газов – L/G, значение которого изменяется в пределах 8-16 л/м³ при использовании для очистки оборудования с прескруббером. Жидкость поступает в абсорбер сквозь распределяющую систему, например сквозь распылительные сушилки, для того, чтобы получить большую специфическую поверхность, потому что абсорбция линейно зависит от соотношения L/G. Эффективность абсорбера также зависит от времени прямого контакта.

Брызгоуловитель нужно устанавливать сверху абсорбера для того, чтобы предотвратить осаждение капелек дымовыми газами. После повторного нагрева дымовые газы (выше 72 °С), они транспортируются в дымовую трубу.

При удалении SО₂ из дымовых газов величина рН в абсорбционной жидкости уменьшается. В связи с тем, что скорость абсорбции главным образом зависит от величины рН, при низких значениях рН абсорбционная суспензия нейтрализуется свежей порцией жидкости. Величина рН в существующем оборудовании по очистке дымовых газов от диоксида серы составляет 5-6,5 [22].

Большое значение имеет то, что значение рН остается постоянным в вышеупомянутых пределах, потому происходит достаточная химическая абсорбция, и качество гипса, который получается в процессе очистки, сохраняется.

Сульфит кальция, который формируется в процессе очистки, должен быть окислен в сульфат. В связи с тем, что во многих случаях существующие условия в традиционных абсорберах не позволяют достичь полного окисления, в нижнюю часть абсорбера добавляется воздух.

С целью улучшить условия окисления и кристаллизации жидкость, которая обрабатывается, смешивается с кислыми примесями (например, серной кислотой), и, таким образом, устанавливается нужное значение рН. Обычно стадия окисления происходит в самом абсорбере. Заводы без стадии окисления, то есть без производства полезного гипса, работают с маленькой мощностью [25].

Гипсовая суспензия, которая отводится из отстойника абсорбера, обычно имеет в своем составе твердые вещества (7-18 % по массе) и величину рН 5-6.

 

Рисунок 2.7 – Принципиальная схема очистки дымовых газов от диоксида серы с использованием мокрого известнякового метода

Рассмотрим пример расчета материального баланса мокрого известнякового метода десульфурации дымовых газов. Как уже было найдено раньше, объем дымовых газов при сгорании 106,67*10³ кг/ч топлива составляет 8,04*10³ м³/ч, расход диоксида серы – 6,72*10³ кг/ч. При этом концентрация диоксида серы в дымовых газах до очистки определяется по формуле [26]:

 

(2.1)

 

где - начальный расход диоксида серы;

V_г - объем дымовых газов, которые образуются при сгорании топлива.

 

Концентрацию диоксида серы в дымовых газах после очистки можно определить по формуле [26]:

 

(2.2)

 

где η - эффективность удаления диоксида серы, η = 0,95.

 

= 6,72*10³/(8,04*10⁵) = 8,36 г/м³;

= (1 – 0,95)*8,36 = 0,42 г/м³.

 

Начальная концентрация известняка, необходимого для очистки заданного количества диоксида серы, определяется по формуле [26]:

 

(2.3)

 

где - начальный расход известняка;

L - расход жидкости для изготовления абсорбционной суспензии.

 

(2.4)

 

где α - стехиометрический коэффициент для известняка α = М_ИЗВ/М_SO2;

β - коэффициент избытка известняка β = 1,1.

 

L = V_Г * (L/G), (2.5)

 

Конечная концентрация известняка, необходимого для очистки, определяется по формуле [26]:

 

, (2.6)

 

где - конечный расход известняка, который определяется по формуле:

 

, (2.7)

 

где - конечная затрата диоксида серы:

 

= 100/64 * 1,1 * 6,72 * 10³ = 11,55 10³ кг/ч;

L = 8,04 * 10⁵ * (8 * 16)^0,5 * 10^-3 = 9088,5 м³/ч;

= 11,55 * 10³/9088,5 = 1,27 кг/м³;

= (1 - 0,95) * 6,72 *10³ = 0,5775 * 10³ кг/ч;

= 100/64 * 1,1 * 0,336 * 10³ = 0,5775 * 10³ кг/ч;

= 0,5775 * 10³/9088,5 кг/м³.

 

Количество образованного в процессе очистки гипса определяется по формуле:

 

(2.9)

 

где α_Г - стехиометрический коэффициент для гипса α_Г = М_Г> М_SO2.

 

С целью использования гипса, который образуется в нижней части скруббера, большинство воды, которое входит в его состав, нужно удалить. Для того, чтобы достичь максимального состава хлоридов и других микроэлементов, которые требуются, в процесс обезвоживания включается стадия вымывания.

Избыток жидкости из гидроциклонов рециркулируется в емкость, которая питает абсорбер, в то время, когда центрифуги и/или фильтры (во многих случаях рукавные) используются для удаления воды из гипса до окончательного ее количества 10 % по массе [22].

Последующее улучшение гипса, то есть термическое осушение или уплотнение, зависит от намерений использования произведенного гипса.

Высокое содержание взвешенных веществ и других микроэлементов в сточных водах нуждается в специальной очистке в аппаратах по выделению. Во многих системах по обезвоживанию наиболее распространенными стадиями есть флокуляция и седиментация (рисунок 2.8).

На первой стадии (нейтрализация) необработанная сточная вода очищается от взвешенного гипса путем добавления Са(ОН)₂ или суспензии из стадии седиментации 1.

Благодаря повышению величины рН сульфат кальция, а также другие микроэлементы осаждаются. Флокулянты ускоряют этот процесс на стадии 2 (флокуляция 1). Суспензия седиментации 1 рециркулируется или прямо, или после уплотнителя на стадии нейтрализации. Избыток из стадии седиментации 1 может быть очищенным вместе с другими сточными водами на стадии седиментации 2. Получаемая суспензия концентрируется, а затем обезвоживается в камерных фильтр прессах. Полученный в итоге спрессованный кек удаляется, а очищенная вода отводится в водоотвод.

 

ТМТ 15 - присадка для осаждения

Рисунок 2.8 - Принципиальная схема обработки стоковой воды

 

Оптимизация основных важных принципов работы оборудования по очистке дымовых газов от диоксида серы с использованием мокрого известнякового метода привела к следующим вариантам процесса [22]:

1) процесс очистки без прескруббера.

Он включает абсорбер, емкость, которая питает абсорбер, систему обезвоживания и обработки сточной воды. Предварительная очистка и сама очистка происходит в башне абсорбера. Для предварительной очистки дымовых газов используется сточная вода, которая рециркулируется. Хлориды и другие микроэлементы выносятся из гипса путем интенсивного промывания для того, чтобы он мог отвечать стандартам качества. Главным преимуществом этого процесса является простота его установки и контроля.

2) процесс очистки с использованием прескруббера.

Он включает в приложение к скрубберу еще и прескруббер, который питается частью абсорбционною суспензии. Главным преимуществом этого процесса является очень малое количество сточной воды и значительная эффективность удаления хлоридов и пыли в дымовых газах.

3) процесс очистки с использованием отделенного прескруббера

В отличие от предыдущего в этом процессе используется прескруббер, который питается отдельной питательной суспензией. Поэтому можно рециркулировать большое количество сточных вод. К тому же хлориды, которые вымываются в прескруббере, не смешиваются с гипсом. Вот почему главным преимуществом процесса такого типа есть высокое качество гипса.

4) процесс с использованием двухступенчатого скруббера.

Этот процесс характеризуется двухступенчатой абсорбционной башней с отделенными циклами питательной суспензии, при этом нижняя часть башни работает как прескруббер, потому отделенного прескрубберу не существует. При использовании этого типа процесса нужно установить оптимальные параметры (значение рН, отношение L/G) для каждого цикла питательной суспензии. Количество сточной воды, которое образуется в процессе очистки, аналогично второму процессу.

Количество побочных продуктов (гипса) пропорционально количеству диоксида серы, которая удаляется из дымовых газов. Качество гипса определяется частью загрязнителей, которые содержатся в нем, - силикаты, соединения алюминия, железа и магнезиальные вещества. Эти соединения попадают к побочному продукту из летучей золы и/ или из абсорбентов.

Хлориды и фториды в гипсе, главным образом, являются результатом топлива, которое используется. Таблица 2.5 показывает минералогический состав типичного гипса, который получается в процессе мокрого известнякового метода очистки дымовых газов от диоксида серы [22].

 

Таблица 2.5 - Минералогический состав типичного гипса, который получается при использовании мокрой известняковой технологии

Фаза	Доля, %
СаSО4*2Н2О	94-96
Летучая зола	0,1-2
Кальцит	Максимум 5
Силикаты, глина, кварц, гематит, доломит, сидерит, магнезит, флюорит	Вместе максимум 5

 

Таблица 2.6 - Характеристические параметры мокрого известнякового процесса очистки дымовых газов от SО₂

Параметр	Единица измерения	Числовое значение
Содержимое серы в топливе	%	до 3,5
Затрата дымовых газов	м3/год	до 1,2*106 на абсорбер
Значение L/G	л/м3	8-16
Значение Са/S	-	1,0-1,15*
Температура дымовых газов в абсорбере	°C	45-50
Эффективность удаления SО2	%	> 85-90
Затрата электроэнергии	кВт/МВт	10-18
Затрата воды	л/1000 м3 дымовых газов	40-60
Побочный продукт	кг гипса/кг SО2**	2,2-3,5
Эффективность	%	> 95
Диапазон нагрузок	%	30-105

Примечания:

*) для абсорбции SО₂ значения Са/S должно стремиться к единице. При использовании как абсорбента известняка значения Са/S должно быть больше на 5-15 %;

**) килограмм осажденного SО₂.

 

В основном, мокрый известняковый процесс может использоваться в любом котельном оборудовании. Для достижения высокой эффективности удаления SО₂ абсолютно необходима предварительная очистка дымовых газов от пыли [27, 28]. Характеристические параметры мокрого известнякового процесса показаны в таблице 2.6 [22].

Инвестиции для мокрого известнякового процесса главным образом зависят от расхода дымовых газов. Модификации процесса, мощность котла и свойства топлива также влияют на стоимость очистки. На рисунке 2.9 отображенные инвестиции, необходимые для мокрого известнякового процесса очистки дымовых газов от SО₂.

Важное влияние на величину инвестиций имеют такие процессы, как удаление гипса (окисление, обезвоживание и осушение) и обработка сточной воды.

Повышение качества котельного оборудования путем использования в нем мокрого известнякового метода повышает инвестиции на 16 %, благодаря необходимости переоборудования котла.

На средства, которые используются на работу оборудования, влияет количество рабочих часов при полной нагрузке за год, а также расход SО₂, который удаляется из дымовых газов, и расход дымовых газов.

Количество абсорбентов, которое используется, зависит главным образом от расхода SО₂, который удаляется, и варианта процесса очистки. Расход дымовых газов также влияет на затраты энергии (для вентиляторов, насосов и производства пара). Рисунок 2.10 показывает общие средства для мокрого известнякового процесса.

Главными условиями, от которых зависит мокрый известняковый процесс очистки, являются:

- использование топлив и присадок с разным качеством и составом;

- осуществление процесса на электростанциях с разной мощностью. Мокрый известняковый процесс может использоваться на электростанциях с разным качеством сгораемого топлива, и разным его составом (то есть содержанием серы, хлоридов, золы, воды). Для того, чтобы избежать разных проблем и трудностей, используют тот вариант процесса очистки, который отвечает конкретному случаю и конкретным условиям:

Рисунок 2.9 - Инвестиции для мокрого известнякового метода

 

Рисунок 2.10 - Общие средства для мокрого известнякового метода

 

Качество абсорбента (известняка) существенно зависит от внешних ионов, которые могут быть присутствуют в абсорбционной суспензии. С целью поддержания концентрации внешних ионов на низком уровне, невзирая на возможно плохое качество абсорбента, нужно осушить большое количество абсорбционной жидкости и обработать гипс на дополнительной ступени очистки.

Максимальный расход дымовых газов, которые нуждаются в очистке от диоксида серы мокрым известняковым методом, обычно составляет максимум 1,2*10 м³/ч на абсорбер. При высшей затрате дымовых газов нужно устанавливать две или более линий по очистке [22, 27, 28].

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: