Известковый способ очистки дымовых газов угольных котлов ТЭС от двуокиси углерода
METHOD FOR LIME PURIFICATION OF FLUE GASES OF COAL-FIRED BOILERS OF TPPS FROM CARBON DIOXIDE

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессах очистки и утилизации дымовых газов теплоэнергетических установок ТЭС для снижения парникового эффекта окружающей среды.
2
2
Наиболее крупные источники техногенных выбросов СО находятся в электроэнергетике и количество выбросов от них на порядок больше суммы остальных источников СО.
2
2
Самая распространенная и хорошо отработанная технология вывода СО из газов - это абсорбция растворами, среди которых преобладают водные растворы различных органических аминов, из которых самым востребованным для очистки дымовых газов от диоксида углерода является моноэтаноламин. Технология дорогая. (Специальный доклад МГЭИК «Улавливание и хранение двуокиси углерода», Техническое резюме, стр. 24, п. 3. Улавливание СО. 2005 г. ISBN 92-9169-419-3).
2
Для получения двуокиси углерода в достаточно чистом виде в промышленных масштабах из источников, насыщенных СО до 95%, используется мембранная технология.
2
Известен способ и устройство выделения СО из дымовых газов с использованием абсорбции, десорбции и мембран, разделяющих газовую и жидкую среды (Полезная модель RU №128515, BO01D 63/08).
Недостатком этого способа является малая производительность и необходимость чистки мембран, что затрудняет эксплуатацию и приводит к простоям оборудования.
2
Наиболее близким по существу является способ и устройство для удаления СО из дымовых газов, где последовательно идет: смешивание дымовых газов с аммиаком, контакт газовой смеси с водными растворами нитрата кальция, нитрата натрия, сульфата кальция с образованием карбонатных и бикарбонатных осадков в растворе сульфата аммония или нитрата аммония с последующим осаждением и удалением этих осадков, и все это под избыточным давлением 0,03-0,1 МПа и при температуре газа не более 35°С (Изобретение RU №2732399, BO1D 53/62).
Недостатками этого способа являются:
- использование аммиака в дымовых газах, находящихся под избыточным давлением, что способствует проникновению аммиака в помещение и ухудшению состояния воздушной среды в рабочей зоне;
- наличие аммиачного хозяйства, которое является опасным производственным объектом из-за возможного взрыва и отравления;
- хранение нитрата аммония (аммиачная селитра) взрывоопасно.
2
2
Одной из характеристик дымовых газов от электроэнергетических источников, сдерживающих работы по удалению СО, является ее низкая концентрация - менее 15%, что затрудняет отделение и вывод СО из общего потока дымовых газов. В предлагаемом способе этот вопрос учтен и частично решен.
Целью настоящего изобретения является создание простой, безопасной, дешевой и эффективной технологии очистки дымовых газов угольных котлов ТЭС от двуокиси углерода в связанном виде с использованием процессов хемосорбции и с предварительным обогащением газовой среды двуокисью углерода.
2
2
Техническая реализация способа заключается в перемещении карбонатов между двумя аппаратами, в одном из которых при пониженной температуре происходит поглощение СО, а в другом при более высокой температуре - разложение с выделением СО в свободном и связанном виде.
Поставленная цель достигается тем, что в процессе удаления двуокиси углерода последовательно по ходу дымовых газов проводят:
- сухую очистку газов от золы угля,
3
2
2
3
2
3
- промывку горячих газов после котла насыщенным раствором бикарбоната кальция Са(НСО) в скруббере до его разложения при нагреве до 95-100°C с получением СО и карбоната кальция СаСО, т.е., с обогащением газовой среды двуокисью углерода и выделением СО в связанном виде - в виде СаСО,
3
- отстаивают полученную суспензию СаСО, сгущают ее до состояния шликера и отводят на распылительную сушилку для получения сухого порошка,
2
3
2
- охлаждают обогащенные СО газы относительно холодным раствором Са(НСО) в теплообменнике,
2
2
3
2
- промывают газы под избыточным давлением в абсорбере профильтрованным известковым молоком с температурой 20°C (насыщенным раствором известкового молока Са(ОН))со связыванием СО в абсорбере до Са(НСО),
3
2
- отводят полученный раствор Са(НСО) в скруббер в начало цикла для разложения при нагреве дымовыми газами котла,
3
2
- декарбонизированные газы очищают от жидкой фазы Са(НСО) в каплеуловителе и выводят их в атмосферу.
2
2
На фиг. 1 условно показана общая схема технологической линии, реализующей предложенный способ очистки дымовых газов от СО, с указанием теоретических расходов реагентов и движение по тракту свободного и связанного СО.
На схеме представлены: полый скруббер поз. 1, золоуловитель поз. 2, абсорбер поз. 3, емкость поз. 4, узел приготовления известкового молока поз. 5, узел распылительной сушилки поз. 6, отстойник поз. 7, вентилятор поз. 8, теплообменник поз. 9, каплеуловители поз. 10, сгуститель поз. 11.
Рассмотрим работу способа, например, применительно к угольному котлу паровому, типа БК3-320-140 в блоке с турбиной мощностью 100 МВт.
Расход топлива на котел 26700 кг/ч угля.
Удельный объем дымовых газов за котлом на кг. топлива.
3
V=7,22 нм/кг
2
Парциальное давление трехатомных газов (в основном СО) в уходящих дымовых газах котла, r=0,103
Расход уходящих дымовых газов из котла
г
3
V=26700×7,22=192860 нм/ч
2
Расход СО в уходящих газах
co2
3
V=192860×0,103=19865 нм/ч. Расход весовой G=37743 кг/ч (10,5 кг/с)
Температура уходящих газов за котлом 170°С
2
Работа технологической линии очистки дымовых газов от СО для принятого котла и материальный баланс схемы. Мольные массы участвующих реагентов:
2
Са(ОН)=74 г/м
3
СаСО=100 г/м
3
СаСО=100 г/м
3
2
Са(НСО)=162 г/м
2
CO=44 г/м
2
HO=18 г/м
2
Из узла приготовления известкового молока поз. 5 Са(ОН) в растворе подают в абсорбер 3, в качестве которого можно использовать, например, скруббер Вентури «ХИМВЕНТ» с каплеуловителем. Реакции хемосорбции, идущие в абсорбере и заканчивающиеся в емкости поз. 4:
2
2
2
2
По первой формуле. Согласно величинам мольных масс, чтобы связать 44 г СО потребно 74 г Са(ОН), а чтобы связать требуемый расход СО, поступающий из котла в количестве 37743 кг/ч, потребуется 74×37743/44=63477 кг Са(ОН) сухого вещества.
2
3
При температуре 20°С и концентрации Са(ОН) 15% потребуется подавать в абсорбер насыщенный раствор в количестве 423180 м в час.
3
2
2
В конечном итоге на выходе - по реакции 2, образуется Са (НСО) в количестве 162×63477/74=138963 кг сухого вещества в час в растворе. Для ускорения реакций давление газа повышено на величину аэродинамического сопротивления тракта с использованием вентилятора поз. 8, а температура подаваемого раствора не более 20°С - температура максимальной растворимости Са(ОН).
3
2
3
2
2
2
3
Насыщенный раствор Са (НСО), частично подогретый в теплообменнике поз. 9, направляют в начало цикла для разложения горячими дымовыми газами, подводимыми с температурой 170°С, путем диспергирования в газы, например, в устройстве типа полого скруббера поз. 1, где раствор прогревается до 95-100°С, при этом Са(НСО) разлагается с выделением, НО, СО и СаСО по реакции (3). При нехватке тепла можно предусмотреть присадку более горячих газов или повысить температуру уходящих газов котла путем уменьшения его хвостовых поверхностей нагрева или увеличения расхода топлива.
3
3
3
СаСО разлагается при температуре 600-900°С, а при температуре 95-100°С в жидкой среде выпадет в осадок. Полученную суспензию СаСО выводят в отстойник поз. 7 для завершения реакции, декантации, сгущения СаСО и вывода его в виде сгущенной суспензии - шликера через сгуститель поз. 11 на узел распылительной сушилки поз. 6 для получения сухого порошка, утилизация которого в строительной промышленности труда не составляет. Верхняя составляющая отстоя - декантат, состоящий в основном из воды, возвращают в узел приготовления известкового молока поз. 5.
2
3
2
2
2
Дымовые газы после полого скруббера с удвоенным парциальным давлением СО, полученным в результате разложения Са (НСО), подают далее на охлаждение в теплообменник поз. 9, где снижают температуру со 100°С до 40-60°С, а затем вентилятором поз. 8 под давлением газы подают в абсорбер поз. 3 для очистки от СО. После чего очищенные от СО газы через каплеуловитель поз. 10 выводят в атмосферу.
3
Для усиления реакции (2) предусмотрена рециркуляция суспензии СаСО из емкости поз. 4 в абсорбер поз. 3. При необходимости доохладить дымовые газы перед абсорбером следует применить впрыск захоложенной воды.
3
3
2
3
2
2
2
Теоретическое количество сухого вещества СаСО, выводимое из схемы на этапе разложения Са(НСО) в скруббере, равно: 138963×100/162=85780 кг/ч СаСО, что в расчете на СО составляет 85780×44/100=37743 кг/ч (10,5 кг/с) СО, что равно его выходу из котла. Практически ожидается 95% к.п.д. очистки газов от СО из-за частичного получения других карбонатов, в зависимости от состава золы и топлива, сжигаемого котлом.
3
2
Чтобы избежать забиваний и отложений на внутренних поверхностях следует выбирать оборудование без мелких отверстий и щелей, а на трубопроводе Са(НСО) перед теплообменником следует устанавливать электромагнитное устройство противонакипной обработки воды.
Таким образом, заявляемое изобретение решает задачу создания простой, безопасной, дешевой и эффективной технологии очистки дымовых газов угольных котлов ТЭС от двуокиси углерода в связанном виде с использованием процессов хемосорбции и с предварительным обогащением газовой среды двуокисью углерода.
2
Заявленный способ очистки дымовых газов от СО может быть также использован для котлов, работающих на других видах топлива.