Спосіб очищення сірковмісних димових газів

Реферат: Винахід належить до області очищення димових газів та може бути використаний для очищення сірковмісних димових газів теплотехнічних установок, в яких спалюється сірчисте паливо, від золи і оксидів сірки. Спосіб включає розпилення в димові гази лужного адсорбенту та уловлювання твердих частинок перед димарем. Як лужний адсорбент використовують дрібнодисперсні частинки активованого негашеного вапна або активованого вапняку, які розпилюють в димові гази з температурою 500÷1200 °С, при співвідношенні кількості лужного адсорбенту, що розпилюють, до його стехіометричної кількості, яка необхідна для хемосорбції оксидів сірки, в межах 1,0÷1,4. Уловлювання твердих частинок перед димарем здійснюють шляхом мокрого очищення димових газів, яке переважно здійснюють у пароежекційній трубі 3 Вентурі при тиску пари 10÷16 ат, питомій витраті води не менше 0,1 л/м та масовому співвідношенні пари і води в межах 0,1÷0,15. Використання винаходу забезпечує підвищення ефективності очищення сірковмісних димових газів при розширенні сировинної бази лужного адсорбенту. UA 98980 C2 (12) UA 98980 C2 UA 98980 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Спосіб, що заявляється, належить до області очищення димових газів та може бути використаний для очищення сірковмісних димових газів теплотехнічних установок, в яких спалюється сірчисте паливо, від золи і оксидів сірки. Найбільш близьким за сукупністю ознак до способу, що заявляється, є вибраний як прототип спосіб очищення гарячих димових газів від оксидів сірки на теплотехнічних установках, у яких спалюється сірчисте паливо. Цей спосіб передбачає розпилення в теплотехнічних установках лужного адсорбенту у вигляді крапель водяного розчину карбонату натрію або карбонату калію при молярному співвідношенні витрат карбонату і оксидів сірки 0,7÷0,9 та уловлювання твердих частинок перед димарем у циклоні. Розпилення розчину здійснюють у зоні газоходу, де температура димових газів становить 350÷450 °С, при розмірі крапель розчину 0,15÷0,20 мм. В конкретному прикладі реалізації способу за прототипом в газохід печі, яка використовується для випалу керамічних виробів, з перерізом 0,5 х 0,5 м через відцентрову форсунку подають водяний розчин поташу (50 мас. %). Піч працює на мазуті з вмістом сірки 1,5 мас. %, витрата якого становить 18 кг/год., а середня швидкість газу в газоході - 2,9 м/с. Активна довжина взаємодії поташу в газоході з SO2 - 15 м. Температура в місці введення розчину 370 °С. При молярному відношенні карбонату і SO2 співвідношення K2/S або Na2/S дорівнює 0,79, а ступінь використання карбонату становить 94 %. Реалізація способу показує, що зниження концентрації SO2 у димових газах практично пропорційне кількості сорбенту. Ступінь очищення від SO2 становить 67÷86 %; при цьому 90 % відпрацьованого сорбенту уловлюється в циклоні, який встановлений перед сушильною камерою, в яку подають димові гази після очищення від сірки (авторське свідоцтво СРСР № 1707822, МПК B01D53/34, опубл. 15.05.1994). У способі, що заявляється, і прототипі співпадають такі суттєві ознаки: обидва способи включають розпилення в димові гази лужного адсорбенту та уловлювання твердих частинок перед димарем. Аналіз технічних властивостей прототипу, обумовлених його ознаками, показує, що одержанню очікуваного технічного результату при використанні прототипу перешкоджають такі причини. Використання для очищення сірковмісних димових газів лужного адсорбенту у вигляді крапель водяного розчину карбонату натрію або карбонату калію забезпечує недостатньо високий ступінь очищення димових газів від SO2 (67÷86 %), при цьому близько 10 % відпрацьованого сорбенту залишається в димових газах після остаточного очищення в циклоні перед димарем. Використання як лужний адсорбент водяного розчину тільки карбонату натрію (поташу) або карбонату калію (кальцинованої соди), які широко використовуються в промисловості, є відносно дефіцитними компонентами та мають витрачатися для очищення сірчистих газів у значних кількостях, обмежує сировинну базу використання лужних адсорбентів. Крім того, такий спосіб не може бути використаний на діючих енергоблоках теплоелектростанцій, оснащених мокрими золоуловлювачами. В основу об'єкта, що заявляється, поставлена технічна задача створити такий спосіб очищення сірковмісних димових газів, який за рахунок удосконалень шляхом введення нової сукупності дій та режимів їхнього виконання забезпечить досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні ефективності очищення сірковмісних димових газів при розширенні сировинної бази лужного адсорбенту. Спосіб, що заявляється, включає розпилення в димові гази лужного адсорбенту та уловлювання твердих частинок перед димарем. Відмітною рисою способу, що заявляється, є наступне. Як лужний адсорбент використовують дрібнодисперсні частинки активованого негашеного вапна або активованого вапняку, які розпилюють в димові гази з температурою 500÷1200 °С, при співвідношенні кількості лужного адсорбенту, що розпилюють, до його стехіометричної кількості, яка необхідна для хемосорбції оксидів сірки, в межах 1,0÷1,4. Уловлювання твердих частинок перед димарем здійснюють шляхом мокрого очищення димових газів. В окремих випадках використання спосіб, що заявляється, відрізняється тим, що: - розпилення лужного адсорбенту здійснюють під кутом не менше 60° за напрямом руху газового потоку або проти нього зі швидкістю не менше 25 м/с; - уловлювання твердих частинок перед димарем здійснюють у пароежекційній трубі Вентурі 3 при тиску пари 10÷16 ат, питомій витраті води не менше 0,1 л/м та масовому співвідношенні пари і води в межах 0,1÷0,15. При використанні способу, що заявляється, забезпечується досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні ефективності очищення сірковмісних димових газів при розширенні сировинної бази лужного адсорбенту. 1 UA 98980 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Між сукупністю суттєвих ознак способу, що заявляється, та технічним результатом, який досягається, існує такий причинно-наслідковий зв'язок. Використання як лужного адсорбенту дешевих недефіцитних реагентів (вапна чи вапняку, або природних мінералів і відходів виробництва, що їх містять) сприяє розширенню сировинної бази лужного адсорбенту, який використовується під час очищення сірчистих газів. Механічна активація негашеного вапна або вапняку в дезінтеграторі ударної дії сприяє значному прискоренню процесу хемосорбції сірчистого ангідриду. Попередня механічна активація негашеного вапна забезпечує зміну структури та питомої поверхні хемосорбенту, підвищення його активності при здійсненні фізико-хімічних процесів сорбції оксидів сірки шляхом акумулювання частини підведеної енергії. Після активування негашеного вапна у дезінтеграторі ударної дії одержують хемосорбент із вмістом активних СаО та MgO від 70 до 85 %, в тому числі, активного MgO в межах 0,6÷0,82 %, з тривалістю гідратації від 4 до 6 хв., з розміром частинок до 200 мкм, в тому числі, з вмістом частинок розміром менше 70 мкм не менше 70 % при середньому медіанному розмірі частинок не більше 50 мкм. Розпилення дрібнодисперсних частинок активованого негашеного вапна або активованого вапняку в димові гази з температурою 500÷1200 °С при співвідношенні кількості лужного адсорбенту, який розпилюють, до його стехіометричної кількості, яка необхідна для хемосорбції оксидів сірки, в межах 1,0÷1,4 забезпечує часткове зв'язування діоксиду сірки з ефективністю 30÷35 %. При цьому процес зв'язування діоксиду сірки відбувається за такими реакціями: СаО + SO2 → CaSO3 CaSO3 + 0,5О2 → CaSO4. У випадку використання вапняку попереднє його кальцинування відбувається за такою реакцією: СаСО3 → СаО + СО2. У способі, що заявляється, не ставиться задача досягнути на стадії адсорбції максимальної ефективності зв'язування діоксиду сірки, зокрема, при забезпеченні рівномірного розподілу лужного адсорбенту за перерізом газоходу, подальше очищення димових газів від оксидів сірки здійснюється після активації реагенту водою під час мокрого очищення димових газів перед димарем за такими реакціями: СаО + Н2О → Са(ОН)2 Са(ОН)2 + SO2 → CaSO3 + Н2О. Найбільша ефективність активації реагенту водою здійснюється у пароежекційній трубі Вентурі під час мокрого уловлювання твердих частинок перед димарем. Підвищений вміст у лужному адсорбенті дрібних частинок з оновленою активованою поверхнею забезпечує більш повне та рівномірне протікання процесу гідратації реагенту, підвищення ефективності очищення димових газів від оксидів сірки при відносно малій витраті реагенту. Ефект активації підтверджений при використанні для очищення сірковмісних димових газів активованого вапна будівельного порошкового другого сорту (за ДСТУ Б В. 2.7-90-99). Вибір граничних показників параметрів обумовлений такими умовами. Розпилення дрібнодисперсних частинок активованого негашеного вапна або активованого вапняку в димові гази, температура яких становить менше 500 °С, стає недоцільним через те, що при таких температурах у реакційній зоні швидкість реакцій зі зв'язування сірчистих сполук недостатньо висока та при малій тривалості контакту не забезпечує кількісного зв'язування оксидів сірки. Розпилення дрібнодисперсних частинок активованого негашеного вапна або активованого вапняку в димові гази, температура яких становить більше 1200 °С, стає недоцільним через те, що при таких температурних умовах відбувається оплавлювання частинок адсорбенту із втратою їхньої сорбційної здатності до оксидів сірки. Використання співвідношення кількості лужного адсорбенту, який розпилюють, до його стехіометричної кількості, яка необхідна для хемосорбції оксидів сірки, меншого за 1,0 є недоцільним через те, що ефективність очищення пропорційна витраті адсорбенту, а, зокрема, при малих витратах адсорбенту необхідна ефективність не може бути досягнута. Використання співвідношення кількості лужного адсорбенту, який розпилюють, до його стехіометричної кількості, яка необхідна для хемосорбції оксидів сірки, більшого за 1,4 є недоцільним через те, що підвищення коефіцієнта надлишку адсорбенту є економічно виправданим тільки до тих значень, які дозволяють забезпечити досягнення необхідної ефективності уловлювання оксидів сірки. Залежно від швидкості димових газів у газоході, типу та кількості реагенту, який подається, розпилювання лужного адсорбенту здійснюють під кутом не менше 60° за напрямом руху газового потоку або проти нього зі швидкістю не менше 25 м/с, що, в свою чергу, забезпечує 2 UA 98980 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 рівномірний розподіл реагенту в реакційному об'ємі та ефективну взаємодію частинок лужного адсорбенту, що розпилюють, зі сталим потоком димового газу. Мокре очищення димового газу перед димарем у пароежекційній трубі Вентурі при тиску 3 пари, який знаходиться в діапазоні 10÷16 ат, питомій витраті води не менше 0,1 л/м та масовому співвідношенні пари і води, яке знаходиться в межах 0,1÷0,15 (граничні значення параметрів визначені експериментально), забезпечує ефективне уловлювання твердих частинок золи перед димарем. При цьому за рахунок інтенсифікації процесу гідратації негашеного вапна та збільшення поверхні контакту рідкої і газової фаз забезпечується найбільш ефективне очищення димових газів від оксидів сірки після активації реагенту водою за такими реакціями: СаО + Н2О → Са(ОН)2 Са(ОН)2 + SO2 → CaSO3 + Н2О. У конкретному прикладі, наприклад, на діючих енергоблоках теплоелектростанцій, які працюють на сірчистому вугіллі та обладнані мокрими золоуловлювачами, спосіб, що заявляється, може бути реалізований так. Як лужний адсорбент використовують дрібнодисперсні частинки активованого негашеного вапна, наприклад, активованого в дезінтеграторі вапна будівельного порошкового другого сорту (за ДСТУ Б В. 2.7-90-99). Цей лужний адсорбент через пристрої для розпилювання рівномірно розпилюють за перерізом та об'ємом конвективної шахти в димові гази з температурою 500÷1200 °С, при співвідношенні кількості лужного адсорбенту, який розпилюють, до його стехіометричної кількості, яка необхідна для хемосорбції оксидів сірки, у межах 1,0÷1,4. Розпилювання пилоповітряної суміші з лужним адсорбентом здійснюють під кутом 60° за напрямом руху газового потоку. При цьому максимальна швидкість пилоповітряної суміші при співвідношенні 1,0÷1,2 кг повітря/кг вапна повинна бути вищою за критичну та становити для вапна не менше 25 м/сек. У зазначеному діапазоні температур (500÷1200 °С) відбувається зв'язування діоксиду сірки за такими реакціями: СаО + SO2 → CaSO3 Са SO3 + 0,5 O2 → CaSO4. На цьому етапі ефективність очищення сірковмісного димового газу від діоксиду сірки становить 30-35 %. Подальше очищення димових газів від твердих частинок золи і доочищення димових газів від діоксиду сірки здійснюється шляхом мокрого очищення димових газів у пароежекційній трубі 3 Вентурі при тиску пари 14 ат., питомій витраті води не менше 0,1 л/м та масовому співвідношенні пари і води в межах 0,1÷0,15. Очищення димових газів від оксидів сірки відбувається після активації реагенту водою за такими реакціями: СаО + Н2О → Са(ОН)2 Са(ОН)2 + SO2 → CaSO3 + Н2О. При використанні способу, що заявляється, ефективність очищення сірковмісних димових газів від золи становить 99,96 ÷ 99,98 %, від оксидів сірки - не менше 85 %. При цьому очищення сірковмісних димових газів від оксидів сірки здійснюється з використанням дешевих і недефіцитних лужних адсорбентів, таких, як негашене вапно або вапняк, та може бути реалізоване в обмежених умовах діючих енергоблоків теплоелектростанцій, які працюють на сірчистому вугіллі та обладнані мокрими золоуловлювачами. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб очищення сірковмісних димових газів, що включає розпилення в димові гази лужного адсорбенту та уловлювання твердих частинок перед димарем, який відрізняється тим, що як лужний адсорбент використовують дрібнодисперсні частинки активованого негашеного вапна або активованого вапняку, які розпилюють в димові гази з температурою 500÷1200 °С, при співвідношенні кількості лужного адсорбенту, що розпилюють, до його стехіометричної кількості, яка необхідна для хемосорбції оксидів сірки, в межах 1,0÷1,4, а уловлювання твердих частинок перед димарем здійснюють шляхом мокрого очищення димових газів. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що розпилення лужного адсорбенту здійснюють під кутом не менше 60° за напрямом руху газового потоку або проти нього зі швидкістю не менше 25 м/с. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що уловлювання твердих частинок перед димарем здійснюють у пароежекційній трубі Вентурі при тиску пари 10÷16 ат, питомій витраті води не 3 менше 0,1 л/м та масовому співвідношенні пари і води в межах 0,1÷0,15. 3 UA 98980 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4