СПОСОБ ОЧИСТКИ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ
METHOD OF CLEANING SULFUR-BEARING SMOKE FUMES

Заявляемый способ относится к области очистки дымовых газов и может быть использован для очистки серосодержащих дымовых газов теплотехнических установок, в которых сжигается сернистое топливо, от золы и оксидов серы.
2
2
2
2
2
2
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому способу является выбранный в качестве прототипа способ очистки горячих дымовых газов от окислов серы на теплотехнических установках, сжигающих сернистое топливо. Этот способ предусматривает распыление в теплотехнических установках щелочного адсорбента в виде капель водного раствора карбоната натрия или карбоната калия при молярном соотношении расходов карбоната и окислов серы 0,7÷0,9 и улавливание твердых частиц перед дымовой трубой в циклоне. Распыление раствора ведут в зоне газохода с температурой дымовых газов 350÷450°С при размере капель раствора 0,15÷0,20 мм. В конкретном примере реализации способа по прототипу в газоход печи обжига керамических изделий с сечением 0,5×0,5 м через центробежную форсунку подают водный раствор поташа (50 мас.%). Печь работает на мазуте сернистостью 1,5 мас.%, расход которого составляет 18 кг/ч, средняя скорость газа в газоходе 2,9 м/с. Активная протяженность взаимодействия поташа в газоходе с SO составляет 15 м. Температура в месте ввода раствора составляет 370°С. При молярном отношении карбоната и SO соотношение K/S или Na/S составляет 0,79, а степень использования карбоната 94%. Реализация способа показывает, что снижение концентрации SO в отходящих газах практически пропорционально количеству подаваемого сорбента. Степень очистки от SO составляет 67÷86%, при этом 90% отработанного сорбента улавливается в циклоне, установленном перед сушильной камерой, в которую подают дымовые газы после сероочистки (патент Российской Федерации №1707822, МПК B01D 53/34, опубл. 15.05.94).
У заявляемого способа и прототипа совпадают следующие существенные признаки: оба способа включают распыление в дымовые газы щелочного адсорбента и улавливание твердых частиц перед дымовой трубой.
Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют следующие причины.
2
Использование для очистки серосодержащих дымовых газов щелочного адсорбента в виде капель водного раствора карбоната натрия или карбоната калия обеспечивает недостаточно высокую степень очистки дымовых газов от SO (67÷86%), при этом около 10% отработанного сорбента остается в дымовых газах после окончательной очистки в циклоне перед дымовой трубой. Использование в качестве щелочного адсорбента водного раствора только карбоната натрия (поташа) или карбоната калия (кальцинированной соды), которые широко используются в промышленности, являются относительно дефицитными компонентами и должны расходоваться при очистке серосодержащих газов в значительных количествах, ограничивает сырьевую базу используемых щелочных адсорбентов. Кроме того, известный способ не может быть использован на действующих энергоблоках теплоэлектростанций, оснащенных мокрыми золоуловителями.
В основу заявляемого объекта поставлена техническая задача создать такой способ очистки серосодержащих дымовых газов, который за счет усовершенствований путем введения новой совокупности действий и режимов их использования обеспечит достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности очистки серосодержащих дымовых газов при расширении сырьевой базы щелочного адсорбента.
Заявляемый способ включает распыление в дымовые газы щелочного адсорбента и улавливание твердых частиц перед дымовой трубой. Отличительной особенностью заявляемого способа является следующее. В качестве щелочного адсорбента используют мелкодисперсные частицы активированной негашеной извести или активированного известняка, которые распыляют в дымовые газы с температурой 500÷1200°С, при отношении количества распыляемого щелочного адсорбента к его стехиометрическому количеству, необходимому для хемосорбции оксидов серы, в пределах 1,0÷1,4. Улавливание твердых частиц перед дымовой трубой осуществляют путем мокрой очистки дымовых газов.
В отдельных случаях использования заявляемый способ отличается тем, что
- распыление щелочного адсорбента осуществляют под углом не менее 60° по направлению движения газового потока или против него со скоростью не менее 25 м/с;
2
- улавливание твердых частиц перед дымовой трубой осуществляют в пароэжекционной трубе Вентури при давлении пара 10-16 ат, удельном расходе воды не менее 0,1 л/м и массовом соотношении пара и воды в пределах 0,1÷0,15.
При использовании заявляемого способа обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности очистки серосодержащих дымовых газов при расширении сырьевой базы щелочного адсорбента.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого способа и достигаемым техническим результатом существует такая причинно-следственная связь.
Использование в качестве щелочного адсорбента дешевых недефицитных реагентов (извести, или известняка, или природных минералов и отходов производства, которые их содержат) способствует расширению сырьевой базы щелочного адсорбента, используемого при очистке сернистых газов.
Механическая активация негашеной извести или известняка в дезинтеграторе ударного действия способствует значительному ускорению процесса хемосорбции сернистого ангидрида. Предварительная механическая активация негашеной извести обеспечивает изменение структуры и удельной поверхности хемосорбента, повышение его активности при осуществлении физико-химических процессов сорбции оксидов серы за счет аккумулирования части подведенной энергии. После активирования негашеной извести в дезинтеграторе ударного действия получают хемосорбент с содержанием активных CaO и MgO от 70 до 85%, в том числе активного MgO в пределах 0,6÷0,82%, с продолжительностью гидратации от 4 до 6 мин, с размером частиц до 200 мкм, в том числе содержащих частицы меньше 70 мкм не менее 70% при среднем медианном размере частиц не более 50 мкм.
Распыление мелкодисперсных частиц активированной негашеной извести или актированного известняка в дымовые газы с температурой 500÷1200°С при соотношении количества распыляемого щелочного адсорбента к его стехиометрического количества, необходимого для хемосорбции оксидов серы, в пределах 1,0÷1,4 обеспечивает частичное связывание диоксида серы с эффективностью 30÷35%. При этом процесс связывания диоксида серы происходит в соответствии с такими реакциям:
2
3
CaO+SO→CaSO
3
2
4
CaSO+0,5O→CaSO
В случае использования известняка происходит его предварительное кальцинирование в соответствии с такой реакцией:
3
2
СаСО→CaO+CO
В заявляемом способе не ставится задача достижения на стадии адсорбции максимальной эффективности связывания диоксида серы, в частности, при обеспечении равномерного распределения щелочного адсорбента по сечению газохода, дальнейшая очистка дымовых газов от оксидов серы производится после активации реагента водой при мокрой очистке дымовых газов перед дымовой трубой в соответствии с такими реакциям:
2
2
CaO+HO→Ca(OH)
2
2
3
2
Са(ОН)+SO→CaSO+HO
Наиболее эффективно активация реагента водой осуществляется в пароэжекционной трубе Вентури при мокром улавливании твердых частиц перед дымовой трубой.
Повышенное содержание в щелочном адсорбенте мелких частиц с обновленной активированной поверхностью обеспечивает более полное и равномерное течение процесса гидратации реагента, повышение эффективности дымовых газов от оксидов серы при относительно малом расходе реагента. Эффект активации подтвержден при использовании для очистки серосодержащих дымовых газов активированной извести строительной порошковой второго сорта (по ДСТУ Б В.2.7 - 90-99).
Выбор граничных значений параметров обусловлен такими требованиями. Распыление мелкодисперсных частиц активированной негашеной извести или актированного известняка в дымовые газы, температура которых составляет менее 500°С, становится нецелесообразным потому, что при таких температурах в реакционной зоне скорость реакций по связыванию сернистых соединений недостаточно высока и при малой продолжительности контакта не обеспечивают количественного связывания оксидов серы.
Распыление мелкодисперсных частиц активированной негашеной извести или активированного известняка в дымовые газы, температура которых составляет более 1200°С, становится нецелесообразным потому, что при таких температурных условиях происходит оплавление частиц адсорбента с потерей их сорбционной способности в отношении оксидов серы.
Использование отношения количества распыляемого щелочного адсорбента к его стехиометрическому количеству, необходимому для хемосорбции оксидов серы, меньшего чем 1,0 является, нецелесообразным потому, что эффективность очистки пропорциональна расходу адсорбента и, в частности, при малых расходах адсорбента требуемая эффективность не может быть достигнута.
Использование соотношения количества распыляемого щелочного адсорбента к его стехиометрическому количеству, необходимому для хемосорбции оксидов серы, большего чем 1,4, является нецелесообразным потому, что повышение коэффициента избытка абсорбента экономически оправдано только до тех значений, которые позволяют обеспечить достижение требуемой эффективности улавливания оксидов серы.
В зависимости от скорости дымовых газов в газоходе, типа и количества подаваемого реагента распыление щелочного адсорбента осуществляют под углом не менее 60° по направлению движения газового потока или против него со скоростью не менее 25 м/с, что, в свою очередь, обеспечивает равномерное распределение реагента в реакционном объеме и эффективное взаимодействие частиц распыляемого щелочного адсорбента с установившимся потоком дымового газа.
3
Мокрая очистка дымового газа перед дымовой трубой в пароэжекционной трубе Вентури при давлении пара, которое находится в диапазоне 10÷16 ат, удельном расходе не менее 0,1 л/м и массовом соотношении пара и воды, которое находится в пределах 0,1÷0,15 (граничные значения параметров определены экспериментально), обеспечивает эффективное улавливание твердых частиц золы перед дымовой трубой. При этом за счет интенсификации процесса гидратации негашеной извести и увеличения поверхности контакта жидкой и газовой фаз обеспечивается наиболее эффективная очистка дымовых газов от оксидов серы после активации реагента водой в соответствии с такими реакциям:
2
2
CaO+HO→Ca(OH)
2
2
3
2
Са(ОН)+SO→CaSO+НО
В конкретном примере, например, на действующих энергоблоках теплоэлектростанций, работающих на сернистом угле и оснащенных мокрыми золоуловителями, заявляемый способ может быть реализован следующим образом.
В качестве щелочного адсорбента используют мелкодисперсные частицы активированной негашеной извести, например активированной в дезинтеграторе извести строительной порошковой второго сорта (по ДСТУ Б В.2.7 - 90-99). Этот щелочной адсорбент через устройства для распыления равномерно распыляют по сечению и объему конвективной шахты в дымовые газы с температурой 500÷1200°С, при соотношении количества распыляемого щелочного адсорбента и его стехиометрического количества, необходимого для хемосорбции оксидов серы, в пределах 1,0÷1,4. Распыление пылевоздушной смеси с щелочным адсорбентом осуществляют под углом 60° по направлению движения газового потока. При этом максимальная скорость пылевоздушной смеси при соотношении 1,0÷1,2 кг воздуха/кг извести должны быть выше критической и составлять для извести не менее 25 м/с. В указанном диапазоне температур (500÷1200°С) происходит связывание диоксида серы в соответствии с такими реакциям:
2
3
CaO+SO→CaSO
3
2
4
CaSO+0,5O→CaSO
На этом этапе эффективность очистки серосодержащего дымового газа от диоксида серы составляет 30÷35%.
3
Дальнейшая очистка дымовых газов от твердых частиц золы и доочистка дымовых газов от диоксида серы осуществляется путем мокрой очистки дымовых газов в пароэжекционной трубе Вентури при давлении пара 14 ат, удельном расходе воды не менее 0,1 л/м и массовом соотношении пара и воды в пределах 0,1÷0,15. Очистка дымовых газов от оксидов серы происходит после активации реагента водой в соответствии с такими реакциям:
2
2
CaO+HO→Ca(OH)
2
2
3
2
Ca(OH)+SO→CaSO+HO
При использовании заявляемого способа эффективность очистки дымовых газов от золы составляет 99,96÷99,98%, от оксидов серы - не менее 85%. При этом очистка дымовых газов от оксидов серы осуществляется с использованием дешевых и недефицитных щелочных адсорбентов, таких как негашеная известь или известняк, и может быть реализована в ограниченных условиях действующих энергоблоков теплоэлектростанций, работающих на сернистом угле и оснащенных мокрыми золоуловителями.