ОЧИСТКА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ СЕРНИСТЫХ ТОПЛИВ
Очистка дымовых газов, образующихся в процессе сжигания сернистых топлив, содержащих окислы серы при относительно невысокой концентрации (менее 0,3%). связано с необходимостью сооружения дорогостоящих очистительных устройств; стоимость установленного 1 кВт при этом может возрастать на 30—40%, а себестоимость вырабатываемой энергии может возрастать на 15—20%. Простейшим и наиболее дешевым способом очистки дымовых газов от продуктов сгорания является использование извести СаО или известняка СаСО3 (рис. а).
Рис а. Известковый способ очистки дымовых газов от окслов серы SО2: 1 — абсорбер; 2 — фильтр; 3 — отстойник; 4 — аэратор; 5 — шламовый насос; 6 — воздуходувка; 7 — очищаемые дыгловые газы; 8 — очищенные дымовые газы; 9 — речная вода; 10 — известковое молоко; 11 — ввод сернокислого марганца; 12 — сброс шлама; 13 — сброс очищенной воды в реку; Очищаемый дымовой газ промывается в скруббере водой с добавкой известкового молока. С целью обеспечения возможности сброса отработавшей воды в реку перед отстойником добавляется раствор сернокислого марганца, который способствует образованию сульфата кальция. Окисление производится в отстойнике, куда подается воздух. Шлам из отстойника задерживается на фильтре. При очистке по этому способу не предусматривается получение продуктов, пригодных к реализации.
Значительное распространение имеет сульфитный способ очистки дымовых газов от окислов серы (рис. б), который происходит при низкой температуре (примерно 40 °С) по реакцииNa2SО3 + SО2 + Н2О = 2NaНSО3. Эта реакция обратима.
Рис б. Сульфитный способ очистки дымовых газов от окислов серы SО2 1 — сажеуловитель; 2 —байпас; 3 — скруббер; 4 — подача щелочи; 5 —подача пара; 6 — кристаллизатор; 7 — возврат; 8 — сепаратор соли; 9 — конденсатор; 10 — SО2 на производство H2SО4; 11 — отбор соли; 12 — подача реагента на скруббер; 13 — емкость для приготовления реагента; 14 — установка для производства Н2SО4; После очистки раствор сульфит-бисульфита натрия поступает в испаритель-кристаллизатор, где при нагреве его до 110°С происходит разложение бисульфита на сульфит натрия и двуокись серы (обратная реакция). Выпар, состоящий из смеси двуокиси серы с парами воды, охлаждается для конденсации паров воды и подается на компримирование в качестве товарного продукта. Образовавшийся в виде кристаллов сульфит натрия окисляется до сульфата натрия и выводится из системы, другая часть в виде раствора направляется снова в абсорбер. Степень очистки дымовых газов от окислов серы SО2 достигает при этом способе 90%.
Достаточно близким к сульфитному является аммиачно-циклический способ очистки дымовых газов от окислов серы SО2, при котором в газе, охлажденном до 30 — 35 °С, происходит реакция с раствором сульфита аммония:SO2 + (NH4)2SО3 + Н2O = 2МН4НSО3. Полученный раствор бисульфита подается в регенератор, где подвергается нагреванию до кипения, вследствие чего реакция смещается влево с выделением SО2 и сульфита аммония. После охлаждения раствор подается повторно для улавливания SО2.
Рис в . Сухая очистка дымовых газов от окислов серы SО2 с помощью активированной окиси марганца : 1 — адсорбер; 2 — отделитель пыли; 3 — регенератор; 4 — реактор для получения гипса. Часть регенерированного раствора направляется на выпарку под вакуум; из раствора выделяется сульфат аммония, образовавшийся при частичном окислении SO2 в SО3. Выделение других солей побочных реакций может быть осуществлено в автоклаве. При нагревании подаваемого в автоклав регенерированного раствора примерно до 140 °С происходит разложение сульфит-бисульфитных солей с образованием сульфата аммония и серы по реакции (NН)2SO3 + 2МН4НSO3 = 2(NH)2SО4 + S + Н2O. Получаемая сера является дополнительным товарным продуктом этого способа очистки дымовых газов. Выбор типа сероулавливающей установки должен производиться на основании технико-экономического расчета. Сравниваемые варианты должны приводиться к одинаковой концентрации SО2 на уровне дыхания. Если сравниваемые варианты дают разную степень очистки, приведение к одинаковой концентрации вредностей на уровне дыхания выполняется за счет различной высоты дымовых труб. Выбор варианта сероочистки для той или иной ТЭС зависит от большого количества параметров: концентрации SO2 в дымовых газах, мощности тепло-электро станций ТЭС, характера нагрузки и других факторов и осуществляется по минимуму расчетных затрат. В табл. 1 приводятся результаты, технико-экономического сравнения аммиачно-циклического и магнезитового способов очистки от сернистого ангидрида на ГРЭС мощностью 1200 МВт, спроектированной для работы на низкокалорийном ( Qнр = 10,9 МДж/кг) высокосернистом (SР = 3,68%) буром угле. Степень улавливания SО2 в обоих способах принята равной 94%. Температура поступающих на сероочистку газов равна 140°С, после сероочистки 28 °С. Исходная стоимость (без очистки) установленного 1 кВт — 150 руб., себестоимость электроэнергии 1 коп/(кВт-ч) в ценах 1990 года.
Таблица 1 . Результаты технико-экономического сравнения способов очистки дымовых газов от сернистого ангидрида
Из таблицы видно, что даже с учетом реализации серной кислоты и других побочных химических продуктов увеличение капитальных затрат и стоимости энергии за счет сероочистки оказывается весьма высоким. Расчетные затраты у магнезитного способа оказываются несколько меньшими, что свидетельствует о большой его экономической эффективности для данных конкретных условий по сравнению с аммиачно-циклическим способом.
В таблице 2 приведены ориентировочные данные по экономической оценке глубокого обессеривания сернистой нефти досодержания серы в котельном топливе на уровне 0,5%.
Таблица 2. Экономическое сравнение различных способов снижения выбросов серы на ТЭС
* НПЗ — нефтеперерабатывающий завод. При сухих способах сероочистки в качестве адсорбента применяются окиси алюминия, марганца, железа, калия, активированный уголь, полукокс.На рис. в показана схема сухой очистки дымовых газов от окиси серы SО2 активированной окисью марганца. Окись марганца получается путем обработки сульфата магния аммиаком по реакции МnSО4 + 2NН3 + Н2О + О2 = МпО2 + (МН4)2SO4; Тонко размолотая окись марганца подается в дымовые газы, где реагирует с окисью серы SО2 с образованием сульфата марганца. Часть абсорбента, выделенная в пылеуловителях, возвращается на очистку дымовых газов, другая идет на регенерацию. Образующийся при регенерации сульфат аммония может использоваться в качестве удобрения. Степень очистки от окиси серы SО2 по данному сухому способу составляет около 90%. Вследствие больших потерь адсорбента эксплуатационные затраты при сухих способах очистки дымовых газов обычно оказываются выше, чем при мокрых. В отличие от продуктов сгорания в котлах, где сера содержится в виде окислов SО2 и SО3, при переработке топлива с целью снижения содержания в нем серы как на нефтеперерабатывающих заводах, так и на теплоэлектрических станциях ТЭС обычно получается сероводород Н2S. Сероводород довольно хорошо абсорбируется. Эффективными абсорбентами сероводорода Н2S являются моно- и диэтаноламины. При абсорбции сероводорода, идущей при температуре 30 — 50°С, происходит образование химических соединений по реакции RNH2 + Н2S = RNH2НS; При температуре 105°С реакция идет в обратном направлении с образованием этаноламинов и выделением сероводорода. Регенерированный раствор направляется обратно в абсорбер. На рис. 4 показана схема очистки газа, содержащего Н2S, моноэтаноламином. Извлечение из газа сероводорода и попутно некоторого количества двуокиси углерода происходит в противоточном абсорбере, где сорбент насыщается Н2S и СО2 и затем направляется в отгонную колонну, в которой производится регенерация раствора при кипении его в нижней части колонны. Эффективность очистки газа от сероводорода при таком способе может достигать 99%.
Рис. 4. Схема очистки горючего газа от сероводорода Н2 S.1 — абсорбер; 2 — отгонная колонна (десорбер); 3 — теплообменник; 4 — холодильник; 5 — конденсатор; 6 — паровой подогреватель; 7 — сепаратор; 8 — насос. Абсорбция сероводорода может быть также проведена растворами солей щелочных металлов. Газ промывается раствором в противоточном абсорбере, где происходит реакция поглощения сероводорода. Регенерируется раствор продувкой сжатым воздухом. Подача воздуха приводит к понижению концентрации сероводорода в растворе. Некоторые преимущества имеет вакуумный вариант процесса. Полнота извлечения составляет около 90%. Имеется большое количество других способов мокрой очистки газов от сероводорода (фенолятный, гликольаминовый, фосфатный и др.). Несмотря на простоту и эффективность мокрых способов очистки горючего газа от сероводорода, все они требуют охлаждения газа до комнатной температуры, что связано с дополнительными тепловыми потерями. Некоторые перспективы могут иметь при этом сухие способы очистки при высокой температуре газа. Для этого может быть использована железная руда. При контакте сероводорода гидроокись железа переходит в сульфид железа. Образующиеся ферросульфиды регенерируются потом в процессе выжига в присутствии водяного пара с образованием элементарной серы. Поскольку m содержание сероводорода H2S в горючем газе достаточно велико, его улавливание происходит более эффективно, чем улавливание SO2, большинство способов очистки газов от H2S являются рентабельными.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
видео
