ПРИМЕНЕНИЕ ШЛАМА, ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ НА ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ, В КАЧЕСТВЕ СОРБЕНТА ПРИ ОЧИСТКЕ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ТЭС
USE OF SLUDGE FORMED AT WATER TREATMENT PLANT AS SORBENT FOR TREATMENT OF THERMAL POWER PLANT GAS EMISSIONS

Изобретение относится к области производства новых газовых сорбентов и может быть использовано при очистке газовых выбросов на тепловых электрических станциях (ТЭС).
В качестве сорбентов для очистки технологических газовых выбросов известно применение множества материалов естественного и искусственного происхождения, в частности активированные угли [Проектирование аппаратов пылегазоочистки./Зиганшин М.Г., Колесник А.А., Посохин В.Н. М.: «Экспресс - ЗМ», 1998. - 505 с.- С.384-385]. Однако активированные угли являются дорогостоящими сорбентами и требуют последующей регенерации, что приводит к удорожанию процесса сорбционной очистки в целом.
Задачей изобретения является удешевление процесса сорбционной очистки газовых выбросов тепловых электрических станций (ТЭС) для достижения предельно допустимой концентрации оксидов азота и оксидов серы в очищенных газовых выбросах и расширение номенклатуры газовых сорбентов.
Технический результат достигается за счет применения шлама, образующегося при известковании и коагуляции сырой воды на водоподготовительной установке тепловых электрических станций (ТЭС) в качестве сорбента для очистки газовых выбросов ТЭС от оксидов азота и оксидов серы, причем при очистке газовых выбросов от оксидов азота используют фракцию шлама с размером частиц 0,9-1,4 мм, а при очистке от оксидов серы фракцию шлама с размером частиц 0,1-0,2 мм.
Химический состав шлама:
3
2
2
3
3
СаСО+MgO+Mg(OH)+SiO+Fe(OH)+Al(OH)
На фиг.1 представлена зависимость изменения сорбционной емкости шлама от времени.
На фиг.2 представлена зависимость изменения сорбционной емкости шлама по отношению к оксидам азота и диоксиду серы от размера фракции шлама.
Пример конкретного выполнения
Шлам образуется на стадии предварительной очистки воды при совместной коагуляции семиводным сульфатом железа и известковании насыщенным раствором известкового молока сырой воды на водоподготовительной установке тепловых электрических станций.
Предварительная очистка осуществляется на основе методов, в результате реализации которых при дозировке специальных реагентов некоторые примеси выделяются из воды в виде шлама.
Основными технологическими процессами предварительной очистки воды являются коагуляция коллоидных примесей и известкование, которые обычно проводятся одновременно в одном аппарате - осветлителе в целях улучшения суммарного технологического эффекта и снижения денежных затрат.
4
2
Коагуляция семиводным сульфатом железа (FeSO 7НО) - физико-химический процесс слипания коллоидных частиц под действием сил молекулярного притяжения с образованием шлама и последующим выделением его из воды. При этом снижается содержание взвешенных веществ и коллоидных примесей, окисляемость.
2
Известкование реализуется при обработке исходной воды в осветлителях суспензией гашеной извести Са(ОН), называемой известковым молоком.
При известковании снижается щелочность обрабатываемой воды, жесткость, солесодержание, кремнийсодержание, железосодержание и одновременно из воды удаляются грубодисперсные примеси.
2
2
3
2
3
3
-
2-
2+
2+
2-
-
Процесс известкования основан на том, что при вводе гашеной извести Са(ОН), получаемой на водоподготовительной установке при взаимодействии СаО и НО, достигается повышение рН обрабатываемой воды до 10,1÷10,3, при котором НСО  и СО переходят в СО . С учетом присутствия в обрабатываемой воде Са, Mg и образовавшихся СО , избытка ОН из воды выделяется шлам.
Образующийся осадок, содержащий 97-99% влаги, предварительно обезвоживается в цехе термической сушки, проходя по транспортной ленте через секции с установленными вентиляторами и систему регулирования расхода пара. Высушиваемый продукт засыпается в закрепленные на транспортной ленте перфорированные лотки и затем подается в бункер запаса, рассчитанный на сменный объем выработки.
Из бункера запаса винтовым конвейером высушенный гранулированный шлам подается в установку тонкого растирания, где размалывается до размеров не более 1,4 мм и подается на фасовку. Получение определенных фракций частиц шлама происходит на виброгрохоте ПЭ-6800.
Компонентный состав шлама, образующегося при известковании и коагуляции сырой воды на водоподготовительной установке тепловых электрических станций (ТЭС), представлен в таблице 1.
Таблица 1
Концентрация веществ,  мас.%
Катионы
Са<sup>2+</sup>
Fe<sup>3+</sup>
Mg<sup>2+</sup>
Cu<sup>2+</sup>
Ni<sup>2+</sup>
Zn<sup>2+</sup>
Mn<sup>2+</sup>
Cr<sup>3+</sup>
Pb<sup>2+</sup>
Al<sup>3+</sup>
Hg<sup>2+</sup>
87±11,3
0,44±0,15
11±2,2
0,05±0,014
0,009±0,003
0,038±0,013
1,2±0,407
0,001±0,0003
0,002±0,0003
0,26±0,08
Следы
Анионы
CO<sub>3</sub> <sup>2</sup>-
SO<sub>4</sub> <sup>2-</sup>
ОН<sup>-</sup>
SiO<sub>3</sub> <sup>2-</sup>
PO<sub>4</sub> <sup>3-</sup>
81,5±10,6
6,5±0,85
11,4±3,61
0,6±0,11
Отсутствуют
Высушенный шлам применяют в качестве неподвижного слоя газового сорбента в адсорберах периодического действия при очистке газовых выбросов ТЭС от оксидов азота и оксидов серы, причем при очистке газовых выбросов от оксидов азота используют фракцию шлама с размером частиц 0,9-1,4 мм, а при очистке от оксидов серы - фракцию шлама с размером частиц 0,1-0,2 мм.
3
2
Сорбционные свойства шлама объясняются наличием сильнополярных функциональных групп гуминовых веществ природной воды. Анализ образца шлама методом газовой хромато-масс-спектроскопии выявил наличие функциональных групп гуминовых веществ: -ОН, -NH, -СН, -СН, ароматических С=С связей, С-О карбоксильных групп и ОН-спиртовых групп.
2
X)
Результаты исследования сорбционных свойств шлама по отношению к оксидам азота и серы (фиг.1) показали, что сорбционная способность шлама реализуется в течение первых минут контакта и через 25 минут достигает 1,5 г/г по SO и 0,9 г/г по (NO), что составляет 150% и 90% соответственно.
Для исследования сорбционных свойств высушенного шлама в газовых средах с неподвижным слоем сорбента использовали лабораторный адсорбер. Газовая среда в течение экспериментов имела следующий процентный состав:
2
2
2
x
3
- в опытах по сорбции оксидов азота: О - 8-20%, N - 60-67%, оставшуюся часть объема составляет оксид углерода СО, концентрация (NO) в течение опыта изменялась в диапазоне 0…1750 мг/м;
2
2
2
2
- в опытах по сорбции диоксидов серы: О - 4-5,7%, N - 75-78%, НО - 3%, концентрация SO в течение опыта изменялась в диапазоне 0…5500 мг/м.
Изучена зависимость сорбционных свойств шлама от фракционного состава (фиг.2).
Увеличение размера фракции шлама приводит к возрастанию сорбционной емкости оксидов азота, а по отношению к диоксиду серы - к уменьшению сорбционной емкости.
Эти результаты свидетельствуют о том, что при сорбции оксидов азота и диоксида серы шламом действуют различные механизмы сорбционного процесса.
Для сорбции диоксида серы наиболее важно увеличение удельной поверхности сорбента, достигаемое уменьшением размеров частиц шлама, что свидетельствует о химической природе взаимодействия или хемосорбции.
Для поглощения оксидов азота, наоборот, сорбция возрастает при увеличении размера частиц шлама. Это означает, что процесс происходит за счет взаимодействия в порах.
В области теплоэнергетики шлам, образующийся при известковании и коагуляции сырой воды на водоподготовительной установке тепловых электрических станций, в качестве сорбента при очистке газовых выбросов ТЭС не использовался, но учитывая его значительное количество, шлам является доступным и дешевым газовым сорбентом.
3
3
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит удешевить процесс сорбционной очистки газовых выбросов тепловых электрических станций (ТЭС) для достижения предельно допустимой концентрации оксидов азота и оксидов серы в очищенных газовых выбросах (0,085 мг/м - диоксида азота, сернистого ангидрида - 0,5 мг/м) и расширить номенклатуру газовых сорбентов.