Основы современной малой энергетики

Упрощенные малозатратные технологии сероочистки

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 этой цели можно рекомендовать использование малозатратных технологий сероочистки.

К ним, во-первых, относится связывание серы путем ввода известняка в верхнюю часть топки. Этот способ именуется сухой известняковой технологией (СИТ). Она основана на обжиге тонко размолотого известняка в топочной камере при температуре 1000 - 1100 °С до образования извести с последующим ее взаимодействием с диоксидом серы. Основные химические реакции этой технологии:

Схема установки сероочистки по СИТ, рекомендованной УралВТИ, показана на рис. 5.5. Установка работает следующим образом. Размолотый известняк из стационарной силосной башни подают в расходный бункер, а из него - в верхнюю часть топочной камеры, где имеется зона с температурой дымовых газов 1000 – 1100 °С. Частицы известняка при этой температуре разлагаются с образованием активной извести, которая взаимодействует с SO2 при температуре газов около 850 °С. При температуре газов приблизительно 500 °С связывание диоксида серы прекращается, и летучая смесь золы с отходами сероочистки уходит с дымовыми газами в золоуловитель. В результате реакции образуется безводный гипс (ангидрид).

Применение СИТ имеет ряд особенностей:

а) в ней можно использовать известняк любой степени кристаллизации;

б) ввод в дымовые газы известняка изменяет химический состав золы и снижает в результате этого температуру начала деформации золы, что может привести к увеличению шлакования поверхностей нагрева;

в) известь реагирует в первую очередь с триоксидом серы SO3, так что температура насыщения (сернокислотная точка росы) снижается; при больших количествах вводимого известняка точку росы можно снизить почти до точки росы водяного пара.

Рис. 5.5. Принципиальная схема сероочистки по СИТ

(сухой известняковой очистки)

На рисунке обозначено: 1 – силосная башня для хранения размолотого известняка; 2 – расходный бункер; 3 – система пневмотранспорта известняка в топку котла и его распределения в поперечном сечении топочной камеры

Уменьшение температуры точки росы сказывается на работе котельной установки двояко: во-первых, это позволяет снизить температуру уходящих газов и тем самым частично компенсировать затраты на сероочистку; во-вторых, электрофизические свойства дымовых газов ухудшаются, что особенно важно при использовании на котле электрофильтра, поскольку в этом аппарате появляется обратное коронирование различной степени интенсивности, во избежание чего необходимо принимать соответствующие меры. Наличие в продуктах сгорания безводного гипса может привести к образованию в скрубберах-пылеуловителях трудно удаляемых отложений, поэтому необходимо обеспечивать точный химический баланс в золоуловителях.

Известны и другие малозатратные сухие технологии сероочистки с использованием извести, соды или поташа (КОН), также предлагаемые УралВТИ. Опишем одну из них, именуемую упрощенной мокросухой известковой сероочисткой (E-SOх).

Технология E-SOх основана на связывании оксидов серы тонко диспергированной водно-известковой суспензией с последующим высушиванием этой суспензии с использованием теплоты очищенных дымовых газов. Основные химические реакции технологии Е-SОх:

Установка сероочистки по технологии E-SOх (рис. 5.6) работает следующим образом. В уходящие из котла дымовые газы вводят диспергированную известковую суспензию, имеющую большую поверхность контакта с дымовыми газами, что обеспечивает быстрое поглощение оксидов серы из газов и быстрое высушивание капель до поступления газов в первое поле электрофильтра.

Рис. 5.6. Принципиальная схема упрощенной мокросухой известковой

сероочистки (E-SOX)

На рисунке обозначено: 1 – система тонкодисперсных форсунок в камере электрофильтра или в подводящем газоходе; 2 – емкость для хранения суспензии; 3 – насос подачи суспензии к форсункам; 4 – силос извести; 5 – установка гашения извести.

Технология E-SOX позволяет наряду с улавливанием оксидов серы улучшить работу электрофильтра. Это достигается охлаждением дымовых газов при высушивании капель суспензии и увеличением их влагосодержания.

Тонкодисперсное разбрызгивание создают путем использования пневмомеханических форсунок, рабочей средой в которых служит сжатый воздух или перегретый пар. Для приготовления известковой суспензии применяют негашеную СаО или гашеную Са(ОН)2 известь. Гашеная известь всегда размолота, так что при ее наличии реагент из силоса дозируют в бак-мешалку, и по достижении требуемой концентрации суспензию подают в форкамеру электрофильтра. Негашеную комовую или размолотую известь подают в аппарат гашения, откуда концентрированную суспензию сливают в бак для приготовления реагента, где ее смешивают с водой и доводят до нужных параметров.

В заключение рассмотрим технико-экономические показатели различных технологий сероочистки, полученные по данным фирм США (табл. 5.2) и данным ВТИ (табл. 5.3).

Из табл. 5.2 можно сделать следующие выводы:

1) существующие технологии очистки дымовых газов от соединений серы позволяют осуществлять их очистку с высокой эффективностью;

2) наибольшую эффективность дает мокроизвестняковый способ, при котором степень сероочистки достигает 98 %;

3) наибольших капитальных затрат требует МИС сероочистки.

Таблица 5.2

Технико-экономические показатели различных технологий сероочистки по данным американских фирм

Таблица 5.3

Технико-экономические показатели технологий сероочистки при изготовлении оборудования российскими заводами (по данным ВТИ)

Данные табл. 5.3 позволяют сделать следующие выводы:

1) Аммиачно-сульфатный способ имеет наиболее благоприятные характеристики среди рассмотренных высокоэффективных технологий. Незначительное потребление (не более 1,5 %) производимой ТЭО электроэнергии в сочетании с пониженными (по сравнению с МИС) на 35 % капитальными вложениями позволяет при самых неблагоприятных соотношениях между стоимостью реагента и продаваемым отходом сероочистки затрачивать на улавливание 1 т диоксида меньше средств, чем при МИС сероочистки. Это дает возможность использовать ее и на установках меньшей мощности.

2) Упрощенная мокросухая сероочистка (E-SОх) наиболее эффективна при приведенной сернистости сжигаемых углей около 0,1%-кг/МДж, она обеспечивает необходимую степень сероочистки в соответствии с международными требованиями и стоимость улавливания 1 т диоксида серы на уровне 240–350 долл/т, что соизмеримо с показателями МИС.

Сухая известняковая технология применима при приведенной сернистости топлива не более 0,07 % ∙ кг/МДж, при этом улавливается не более 35 % диоксида серы.