Мокросухой способ
Этот нециклический способ нашел широкое распространение в странах Западной Европы и США главным образом при сжигании углей сжиганием серы от 0,5 до 1,5 %. В основе метода – поглощение диоксида серы из дымовых газов испаряющимися каплями известкового раствора. Эффективность сероулавливания составляет более 90 %.
Принципиальная схема мокросухого метода показана на рис 8.2. Дымовые газы очищаются от золы золоуловителем и поступают в сушилку, служащую одновременно реактором. В сушилку из промежуточной емкости подается тонко распыленная смесь свежего и обработанного растворов извести.
Сухие продукты реакции осаждаются в пылезолоуловителе, а газы, очищенные от диоксида серы, поступают в дымовую трубу. В узле 8 уловленная смесь сульфита кальция термическим окислением перерабатывается в конечный продукт – строительный материал.
Преимуществами мокросухого способа очистки дымовых газов от SO2 являются: получение продукта в сухом виде, отсутствие сточных вод, высокая степень использования реагента, умеренное аэродинамическое сопротивление системы. Недостаток способа заключается в отказе от дешевого известняка и применении высококачественной извести.
Рис. 8.2. Принципиальная технологическая схема мокросухого способа очистки дымовых газов ТЭС от диоксидов серы: 1 – уходящие дымовые газы с обычной темературой 130 – 150 С; 2 золоуловитель;3 - сушилка (реактор); 4 – промежуточная емкость; 5 – летучая зола на использование либо захоронение; 6 – раствор извести; 7 – пылезолоуловитель; 8 – узел переработки смеси сульфита и сульфата кальция в конечный продукт; 9 – конечный продукт (гипс); 10 – очищенные дымовые газы
Мокросухая технология с циркулирующей инертной массой (рис.8.3) основана на вводе в дымовые газы перед электрофильтром увлажненной смеси из уловленной в электрофильтре золы с известью. В этом процессе зола является инертным материалом, на поверхность которого наносится тонкий слой реагента. При влажности не более 8% такая смесь имеет хорошие сыпучие свойства, что позволяет надежно транспортировать твердый реагент к газоходу и равномерно распределять его в объеме уходящих дымовых газов перед их электрогазоочисткой.
Рис.8.3.Мокросухая технология сероочистки
Технология реализуется следующим образом. Уловленная в первом и втором электрополях зола направляется в смеситель, куда вводится также необходимое количество реагента и воды. Эта смесь подается в газоход перед электрофильтром. Большая поверхность золы, на которую нанесен реагент, позволяет максимально интенсифицировать процессы массообмена, а существующая абразивность пылегазового потока исключает возможное образование на стенках газохода отложений.
Циркулирующую инертную массу целесообразно применять при высоком расположении электрофильтра, когда между ним и выходным газоходом котла имеется протяженный вертикальный участок.
Организация циркуляции золы приводит к увеличению запыленности очищаемых дымовых газов и требует принятия специальных мер для сохранения эффективности работы первого электрополя.
Зарубежный опыт свидетельствует, что при использовании высокоактивной извести-пушонки из продуктов сгорания среднесернистого топлива можно уловить до 90 % диоксида серы.
Удельные капитальные затраты на эту технологию оцениваются примерно в 15 дол/кВт, рост потребления электроэнергии – в 0,4 %. Как и в случае упрощенной мокросухой технологии, улучшаются электрофизические свойства дымовых газов и обеспечивается стабильная работа электрофильтра в режиме униполярной короны.
Мокросухие технологии приводят к увеличению концентрации соединений кальция в складируемых на золоотвале отходах. Если уловленная зола транспортируется на золоотвал гидравлически, то повышение в ней содержания кальция требует уточнения режима работы золоотвала во избежание образования отложений в пульпопроводах и трубопроводах осветленной воды. Наиболее приемлемым способом транспортирования золы в таких технологиях являются сухие системы.
Мокрые технологии сероочистки для организации сорбции диоксида серы из дымовых газов реализуются с применением специальных аппаратов (рис.8.4), устанавливаемых после эффективного золоуловителя. Мощность котельных установок при этом не регламентируется. Степень улавливания SO2 в таких технологиях максимальна (99 % и более). Кроме того, некоторые мокрые технологии позволяют улавливать в одном аппарате два или три компонента дымовых газов, что существенно удешевляет процесс всей газоочистки по сравнению с индивидуальными процессами.
В мокрых технологиях сероочистки дымовые газы интенсивно промывают водными суспензиями или растворами реагентов с высокой степенью диссоциации на ионы. При промывке газов улавливаемый диоксид серы растворяется в воде и также переходит в ионную форму SO3, что ускоряет его связывание реагентом. Количество орошающей воды, содержащей реагент, обычно велико, и теплом дымовых газов можно испарить только небольшое ее количество – не более 0,5 %. При этом дымовые газы сильно охлаждаются (вплоть до температуры точки росы по водяному пару), так что их приходится дополнительно нагревать, чтобы избежать коррозии последующего газового тракта, дымососов и дымовой трубы.
Интенсивная промывка газов приводит одновременно к улавливанию за счет инерционного захвата до 30 % тонкодисперсной летучей золы, частицы которой обогащены тяжелыми металлами.
В ВТИ разработаны и освоены несколько мокрых технологий на основе различных реагентов природного и искусственного происхождения: известняковая (известковая), аммиачно-сульфатная, озонно-аммиачная и сульфатно-магниевая, каждая из которых имеет свои особенности.
Разработка мокрой известняковой технологии была начата совместно с институтом НИИОГАЗ более 80 лет назад, когда московская энергетика перешла на сжигание бурого подмосковного угля с большим содержанием серы. Результаты исследований легли в основу проектирования всех современных промышленных способов газоочистки, которые сейчас занимают ведущее место в мировой энергетике. Технология имеет два главных достоинства, определивших ее первенство: используется наиболее дешевый реагент – известняк, запасы которого имеются практически в любом регионе мира; реагент и отход сероочистки-гипс, который не отравляют окружающую среду при любых возможных аварийных ситуациях.
Рис.8.4. Схема мокрой технологии сероочистки
Известняк можно заменить известью, комовой или пушонкой, которая имеет более высокую реакционную способность по сравнению с СаСО3, что позволяет несколько уменьшить расход воды на орошение абсорбера и размеры самого аппарата.
Современные системы автоматизации процесса сероочистки позволяют практически полностью использовать реагент, обеспечивая его избыток над стехиометрическим количеством на уровне не более 5–7 %. Для организации процесса сорбции, учитывая склонность сульфит-сульфатных солей к образованию отложений, применяют полые аппараты с минимальным числом оборудования в активной зоне, а внутренние поверхности этих аппаратов гуммируют.
Продажа гипса может за 9–10 лет возместить капитальные вложения в сероочистку. При складировании гипса себестоимость производства электроэнергии увеличивается на 5–6 коп/(кВтч).
Поскольку известняк и известь имеют низкую растворимость в воде, для обеспечения эффективной сероочистки в полых абсорберах требуются большие удельные расходы суспензии. Это приводит к применению насосов большой мощности для орошения абсорбера и увеличению расхода электроэнергии на собственные нужды на 3,5–4,0 %. Современные способы организации процесса контакта дымовых газов с реагентом позволяют снизить этот расход в 1,3–1,5 раза.
Размещение оборудования сероочистки определяется компоновкой основного энергетического оборудования на генеральном плане ТЭС. Поскольку аппараты мокрой известняковой сероочистки (абсорберы, насосы, емкости и др.) имеют достаточно большие размеры, то для их размещения требуется дополнительная площадь в ячейке энергоблока (котла), например за дымовой трубой. В ряде случаев это оборудование можно разместить и на площадке, сооружаемой над дымососами.
Внедрение мокрой известняковой технологии для очистки продуктов сгорания экибастузских углей показало ее применимость при создании экологически чистых тепловых электростанций /1/.