1. Краткая характеристика технологий сероочистки Сухие технологии

Принцип работы. Все сухие технологии сероочи­стки основаны на вводе в дымовые газы сухого реа­гента в тонко диспергированном (размолотом) виде. Так как в твердом веществе не происходит перемеши­вание, хемосорбция проходит только на поверхности частиц. Поэтому внутри частицы всегда остается боль­шое количество непрореагировавшего реагента. Этим обусловлена необходимость тонкого помола реагента: чем тоньше помол, тем больше поверхность его кон­такта с дымовыми газами. Если частицу реагента считать кубиком, то при размоле 1 кг, например, извест­няка получим поверхность контакта:

Размер стороны частицы, мкм…... 5 10 30 50 90

Поверхность контакта, м²….... 545 273 91 54,5 30,3

Степень измельчения реагента прямо влияет на стоимость реагента: чем тоньше помол, тем больше расход энергии и тем более сложную схему необходи­мо применить. Это значит, что и эксплуатационные, и капитальные затраты в систему приготовления реа­гента возрастают, что удорожает реагент.

Существуют два направления сухой сероочистки:

• получение реагента из вводимого в дымовые га­зы вещества с последующим взаимодействием полу­ченного реагента с диоксидом серы дымовых газов;

• ввод в дымовые газы готового реагента, кото­рый сразу же начинает связывать диоксид серы.

К первому случаю относится известняк  ней­тральное вещество. Его сначала кальцинируют путем термического обжига за счет тепла дымовых газов, после чего он начинает взаимодействовать с SO₂.

Ко второму случаю относятся известь и сода.

Во всем мире сухие технологии, как наиболее очевидные и простые, начинались с ввода известняка (или извести) в топливо. Эту смесь размалывали, чем достигалась высокая равномерность распределения реагента в топливе, после чего обычным способом подавали в горелки котла. Испытания многих фирм показали, что даже при трех-четырехкратном (а ино­гда и большем) избытке реагента по отношению к диоксиду серы степень улавливания SO₂ не превы­шала 20  25 %. Это объясняется тем, что температура поверхности горящих частиц превышает темпера­туру плавления оксида кальция. В результате боль­шинство частиц реагента оплавляется и теряет свою реакционную способность. И чем калорийней топли­во, чем выше средняя температура факела, тем ин­тенсивнее происходит процесс оплавления частиц реагента. Поэтому от ввода реагента в топливо отка­зались и стали применять ввод сорбента в дымовые газы отдельно от топлива.

Сухая известняковая технология основана на обжиге тонко размолотого известняка в топочной ка­мере при температуре 1000  1100 °С до образования извести с последующим ее взаимодействием с диоксидом серы. Основными химическими реакциями этой технологии являются:

СаСО₃ + О  СаО + СО₂ ;

СаО + SO₂ + ½O₂ = CaSO₄.

Схема установки сероочистки по сухой известня­ковой технологии показана на рис. 6. Она состоит из силоса 1 для хранения размолотого известняка, рас­ходного бункера 2, системы 3 пневмотранспорта из­вестняка в топку котла и его распределения в объе­ме газов.

Рис. 6. Принципиальная схема сухой известняковой сероочистки

Установка работает следующим образом. Размо­лотый известняк из станционного силоса подают в расходный бункер, а из последнего  в верхнюю часть топочной камеры, где имеется зона с темпера­турой газов 1000  1100 °С. Частицы известняка под действием тепла дымовых газов разлагаются с обра­зованием активной извести. При обжиге известняка частицы извести за счет выделения СО₂ становятся пористыми и рыхлыми, что обусловливает большую поверхность их контакта с дымовыми газами. Из­весть взаимодействует с SO₂, начиная с температуры газов около 850 °С. При температуре газов примерно 500 °С связывание диоксида серы прекращается и ле­тучая смесь золы с отходами сероочистки уходит с дымовыми газами в золоуловитель. В результате ре­акции образуется безводный гипс (ангидрид).

Ангидриды  химические соединения, производные неорганических и органических кислот, образующиеся при их дегидратации.

Применение сухой известняковой технологии имеет ряд особенностей:

• в ней можно использовать известняк любой степени кристаллизации, включая отходы кристалли­зованного известняка и мраморного производства;

• ввод в дымовые газы известняка может изме­нить химический состав золы и снизить в результате этого температуру начала деформации золы, что может привести к увеличению шлакования поверхно­стей нагрева;

• известь реагирует в первую очередь с триоксидом серы SO₃, так что температура сернокислотной точки росы снижается, при больших количествах вводимого известняка температуру точки росы мож­но снизить почти до значения водяной. Уменьшение значения температуры точки росы сказывается на ра­боте котельной установки двояко: во-первых, это по­зволяет снизить температуру уходящих газов и тем самым компенсировать затраты на сероочистку; во-вторых, электрофизические свойства дымовых газов ухудшаются, что особенно важно при использовании на котле электрофильтра, поскольку в этом аппарате появляется обратное коронирование различной сте­пени интенсивности и необходимо принять соответ­ствующие меры для его устранения;

• наличие в продуктах сгорания безводного гипса может привести к образованию в скрубберах-пы­леуловителях трудноудаляемых отложений, что тре­бует точного химического баланса золоуловителя.

Сухая известковая технология. Используется тонко размолотая известь  негашеная СаО или га­шеная Са(ОН)₂, которую вводят в конвективную шахту котла в зону температур примерно 850 °С. Реагент связывает диоксид серы:

СаО + SO₂ + ½O₂ = CaSO₄;

Са(ОН)₂ + SO₂ = CaSO  ½ H₂O + ½ H₂O.

В зависимости от применяемой извести получают безводный или полуводный гипс. Схема этой техно­логии практически не отличается от рассмотренной сухой известняковой сероочистки, но реагент вводят перед конвективной шахтой. Применение извести оказывает такое же влияние, что и известняк, на улавливание триоксида серы, работу электрофильт­ров и скрубберов.

Сухая содовая технология. Сода является весь­ма активным, но дорогим реагентом. Она применима так же, как и известь но достигаемый эффект по улавливанию SO₂, по сравнению с известью значи­тельно выше. При этом расход реагента больше, так как молярная масса, например, карбонатной соды равна 106 против 56 у СаО и 74 у Са(ОН)₂. Связыва­ние SO₂ происходит по химической формуле

Na₂CO₃ + SO₂ + ½O₂ = Na₂SO₄ + CO₂ .

Как и во всех сухих технологиях, указанная реак­ция проходит только на поверхности твердого веще­ства. Поэтому здесь также важна толщина помола реагента.

Кроме SO₂ сода нейтрализует другие кислые ком­поненты дымовых газов  хлорид HCI и фторид HF водорода. Первый может присутствовать в продуктах сгорания соленых углей (или углей с повышенным содержанием хлоридов). Тогда

Na₂CO₃ + 2HC1 = 2NaCl + CO₂  + H₂O.

Сейчас соду применяют преимущественно для очистки продуктов сгорания твердых бытовых отхо­дов (ТБО) на мусоросжигательных заводах. Твердые бытовые отходы содержат большое количество орга­ники на основе хлора и фтора, так что хлориды и фториды водорода присутствуют в дымовых газах в количествах, часто превышающих концентрацию SO₂. При очистке продуктов сгорания ТБО к двум приведенным формулам добавляется третье:

Na₂CO₃ + 2HF = 2NaF + CO₂  + H₂O.

Полученные отходы газоочистки в виде смеси Na₂SO₄, NaCl и NaF с остатками непрореагировавшей соды хорошо растворимы, поэтому для их скла­дирования нужны специальные недренируемые шламоотвалы.

Установка газоочистки состоит из сухого абсор­бера, устанавливаемого перед рукавным фильтром. Вводимая в газы сода связывает их кислые компонен­ты, после чего отходы в смеси с золой и остатками непрореагировавшей соды осаждаются на фильтрую­щем материале рукавного фильтра. Образующийся слой имеет определенную газовую проницаемость, что обеспечивает дальнейший контакт газов с реа­гентом. Поскольку регенерация рукавов производит­ся через определенные промежутки времени, непрореагировавшая сода продолжает в течение времени между регенерациями связывать кислые компоненты продуктов сгорания, что увеличивает их абсолютную степень улавливания на 10  15 %.