Методы очистки дымовых газов от оксидов серы

Количество поступающих в атмосферу оксидов серы зависит от содержания серы в исходном топливе. Твердое топливо содержит серу в 2 видах: Fe2S – колчеданная сера и FeS2 – пиритная сера

 

Таблица 4.1 – сернистость топлив, используемых в энергетике

 

Каменные угли SР = (0,3 ÷ 6) %
Сланцы SР = (1,4 ÷ 1,7) %
Торф SР = 0,1 %
Мазут: малосернистый сернистый высокосернистый SР < 0,5 % SР = 0,5 ÷ 2 % SР > 2,0%
Дизельное топливо 1 гр. Sр – до 0,2% 2 гр. Sр – до 0,5%
Котельно-печное топливо: малосернистое сернистое   Sр ≤ 0,5% Sр до 1,1%.
Сланцевое масло Sр не более 1%.

 

Уменьшение выбросов сернистых соединений в атмосферу может идти по следующим направлениям:

1) ограничение использования высокосернистых топлив;

2) выбор процесса сжигания (сжигание в слое размолотого известняка);

3) предварительное извлечение серы из топлива. Обессеренное топливо стоит в 2-3 раза дороже;

4) удаление серы из дымовых газов.

Существует более 200 запатентованных способов очистки от серы.

Наиболее простой способ – улавливание водой в мокрых скрубберах, 10 – 15 % серы улавливается:

 

Н2О + SО2 = Н2SО3

 

Методы очистки газов от оксида серы подразделяются на:

- циклические (абсорбент регенерируется и возвращается в цикл, а уловленный диоксид серы используется);

- нециклические (регенерация сорбента и других веществ не производится).

Кроме того методы очистки подразделяются на сухие и мокрые.

Мокрый известковый (известняковый) метод – нециклический. Обеспечивает очистку газов на 90 %. Метод основан на нейтрализации сернистой кислоты, которая получается в результате растворения SО2 щелочными реагентами - известью или известняком

 

Са(ОН)2 + SО2 → СаSО3↓ + Н2О (известь)

СаСО3 + SО2 → СаSО3 + СО2 (известняк)

↓

СаSО4

 

Дымовые газы после ВЗП (рисунок 4.1) направляются в золоуловитель, затем дымососом направляются в скруббер для очистки от сернистого газа.

 

 

1 – брызгоуловитель; 2 – подогреватель; 3 – скруббер; 4 – бак приготовления суспензии; 5 – промежуточная емкость.

 

Рисунок 4.1 – Схема мокрого способа сероочистки

 

Скруббер орошается водой, которая содержит мелкоразмолотый известняк и продукты нейтрализации. Очищенные газы освобождаются от брызг раствора в брызгоуловителе, подогреваются в теплообменнике и выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу. К вытекающей из скруббера закисленной жидкости добавляется свежая жидкость. С течением времени в орошающей жидкости накапливаются кристаллы сульфита кальция и остатки летучей золы. Когда концентрация твердых частиц достигает 10-15 % от массы жидкости, часть суспензии отводится из цикла на золоотвал.

При всех мокрых способах очистки температура уходящих газов понижается с 130 °С до 50 °С. Подогрев газов осуществляется теплотой неочищенных газов для обеспечения рассеивания после выхода газов из дымовой трубы.

Недостатки способа: сульфид кальция загипсовывает трубы; капли суспензии, орошающие скруббер содержат много взвешенных частиц, которые, осаждаясь, на поверхности элементов брызгоуловителя с течением времени образуют трудноудаляемые отложения, которые увеличивают гидравлическое сопротивление аппарата, что требует периодической очистки; сложность процесса; большие инвестиционные расходы; большая занимаемая площадь.

Мокро-сухой метод – нециклический способ, в основе метода поглощение сернистого газа из дымовых газов неиспаряющихся каплями известкового раствора. Эффективность метода более 90 %.

Отличительная особенность метода: в процессе участвует такое количество известкового молока, чтобы оно полностью испарилось

Сухие продукты реакции осаждаются а пылезолоуловителе (рисунок 4.2), а газы, очищенные от сернистого газа поступают в дымовую трубу. В узле 8 смесь термическим окислителем перерабатывается в конечный продукт – строительный материал.

Преимущества: получения продукта в сухом виде, отсутствие сточных вод, высокая степень использования реагента – извести, умеренное аэродинамическое сопротивление.

Недостатки: метод дорогой, т.к. используется только высококачественная известь; установка занимает много места; необходимость в точной дозировке реагента.

 

1- уходящие дымовые газы с температурой 130-150 оС; 2 - золоуловитель для предочистки газов; 3 – сушилка-реактор; 4 - промежуточная ёмкость; 5 – летучая зола; 6 – подача раствора извести; 7 - пылезолоуловитель; 8 – узел термической переработки смеси сульфита и сульфата кальция в конечный продукт; 9 – конечный продукт; 10 – очищенные дымовые газы.

 

Рисунок 4.2 – Схема мокро-сухого способа очистки от оксидов серы

 

Сухой известковый метод– наиболее простой и требует наименьших капиталовложений.

Суть метода: Добавление к сжигаемому топливу известняка (СаСО3) или доломита (СаMg(CO3)2) в количестве примерно в 2 раза превышающем стехиометрически содержание серы в исходном топливе.

t

Топка: СаСО3 → СаО + СО2

СаО + SО2 + О2→ СаSО4

 

АР – активационный реактор; ЭФ – электрофильтр; ДС - дымосос.

 

Рисунок 4.3 – Схема сухого известкового метода

 

Часть двуокиси серы реагирует в топке с образовавшимся СаО, но большая часть в этой стадии ещё не реагирует. Непрореагировавший кальций активизируется в отдельном реакторе (рисунок 4.3) путем повышения влажности дымовых газов.

Распыление воды создает реакционно способные условия, которые позволяют значительно повысить коэффициент использования кальция.

АР: СаО + Н2О → Са(ОН)2

Са(ОН)2 + SО2 → СаSО3↓ + Н2О

Са(ОН)2 + SО2 + О2 → СаSО4 + Н2О

 

Продукт реакции - сухой порошок, который при сжигании угля смешивается с летучей золой и удаляется из дымовых газов в ЭФ.

Орошение дымовых газов улучшает также эффективность работы ЭФ, ввиду чего уровень пылевых выбросов после ЭФ ниже, чем при сжигании одного угля.

Достоинства: простота, нет рециркуляции, нет сточных вод, конечный продукт сухой, высокая степень улавливания сернистого газа от 45 – 90 %, работает на разных видах топлива, не зависит от типа котла, не занимает много места, экономичность, небольшие инвестиционные расходы, использование дешевого абсорбента - известняка.

Недостатки: образование прочных отложений золы и сульфата кальция на поверхности нагрева.