Мокро-сухие технологии

Принцип работы. Технология сероочистки назы­вается мокро-сухой, если реагент вводится в дымо­вые газы в виде тонко диспергированной жидкости (водной суспензии или водного раствора) и вода под действием тепла дымовых газов испаряется; в ре­зультате на выходе из абсорбера прореагировавшее вещество существует в сухом виде.

Ввод реагента в жидком виде ускоряет процесс сорбции SO₂, поскольку в воде и реагент, и диоксид серы присутствуют в ионной форме, что ускоряет их взаимодействие по сравнению с сухими технология­ми и снижает избыток реагента по отношению к SO₂.

В мокро-сухой технологии важно так подобрать размер капель реагента в зависимости от температу­ры газов и требуемой степени очистки, чтобы обес­печить необходимое связывание диоксида серы до высыхания воды реагента, когда процесс сорбции практически прекращается.

Испарение воды означает, что влажность дымо­вых газов и температура точки росы этих газов по водяному пару увеличиваются. Предельное количе­ство испаренной воды d можно подсчитать по фор­муле, г/нм³:

, (19)

где t’ и t’’  температура дымовых газов соответственно до установки сероочистки и после нее, °С;  температура жидкого реагента, вводимого в дымовые газы, °С.

Снижение температуры дымовых газов (°С) при вво­де заданного количества воды подсчитывается по формуле:

. (20)

Увеличение парциального давления водяного па­ра в дымовых газах

(21)

Зная исходное парциальное давление водяного пара , которое подсчитывают по известным формулам расчета объема дымовых газов, находим конечное парциальное давление

(22)

а по значению  конечную температуру точки росы по водяному пару:

Упрощенная мокро-сухая технология (техноло­гия E-SO_х). Технология E-SO_х основана на связыва­нии оксидов серы тонко диспергированной водной известковой суспензией с последующим высушива­нием этой суспензии теплом очищаемых дымовых газов. Основными химическими реакциями техноло­гии E-SO_х являются:

SO₂ + Са(ОН)₂ = CaSO₃ ½ Н₂О;

SO₂ + Са(ОН)₂ + ½О₂ + Н₂О = CaSO₄  2Н₂О;

СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃ + Н₂О.

Схема установки сероочистки по технологии E-SO_х показана на рис. 7. Она состоит из системы 1 фор­сунок тонкодисперсного разбрызгивания суспензии, установленных в форкамере электрофильтра или в подводящем к нему газоходе; емкости 2 для хране­ния суспензии; насоса 3 подачи суспензии к форсункам; силоса 4 извести; установки 5 гашения извести и приготовления известковой суспензии.

Рис. 7. Принципиальная схема упрошенной мокро-су­хой известковой сероочистки

Установка работает следующим образом. В ухо­дящие из котла дымовые газы вводят тонко диспер­гированную известковую суспензию, имеющую большую поверхность контакта. Это обеспечивает быстрое поглощение оксидов серы из газов и бы­строе испарение этих капель до поступления газов в первое поле электрофильтра. Сухие отходы серо­очистки, смешанные с летучей золой, улавливают в электрофильтре. Технология E-SO_х наряду с улав­ливанием оксидов серы улучшает работу электро­фильтра. Это достигается охлаждением дымовых га­зов при высушивании капель суспензии и увеличе­нием их влагосодержания. В результате объем очи­щаемых газов снижается на 15  18 %, что соответ­ственно увеличивает время пребывания газов в ак­тивной части аппарата, а рост влагосодержания повышает напряжение на электродах и выравнивает работу электрополей.

Тонкодисперсное разбрызгивание создают путем использования пневмомеханических форсунок, рабо­чей средой в которых является сжатый воздух или перегретый пар. Для приготовления известковой сус­пензии используют негашеную СаО или гашеную Са(ОН)₂ известь. Гашеная известь всегда размолота, так что реагент из силоса дозируют в емкость с ме­шалкой, и по достижении требуемой концентрации суспензию подают в абсорбер. Негашеную комовую или размолотую известь подают в аппарат гашения, откуда концентрированную суспензию сливают в ем­кость приготовления реагента, где смешивают с водой и доводят до нужных параметров.

Технология с полным абсорбером-сушилкой. Эта технология основана на тех же принципах, что и упрощенная. Но отличие состоит в применении перед электрофильтром (или рукавным фильтром) полого абсорбера-сушилки, который обеспечивает сущест­венно более длительный контакт дымовых газов с реагентом и, как следствие, улавливание до 90  92 % ди­оксида серы. Схема установки показана на рис. 8.

Установка сероочистки состоит из полого абсор­бера-сушилки 1 с разбрызгивающим устройством 2; электрофильтра 3; силоса 4 извести; емкости 5 при­готовления и хранения известковой суспензии; насо­са 6 подачи известковой суспензии в абсорбер; предвключенного электрофильтра 7.

Рис. 8. Схема сероочистки с абсорбером-сушилкой

Дымовые газы из котла сразу направляют в абсор­бер. Если их запыленность велика (более 5  7 г/м³), то газы сначала проходят предвключенный электро­фильтр, состоящий из двух-трех электрополей, для снижения начальной запыленности. Это необходимо потому, что чрезмерная запыленность резко снижает процесс массообмена в абсорбере. В абсорбер насосом подают известковую суспензию, которую обычно разбрызгивают с помощью высокооборотного механиче­ского разбрызгивателя. Этот аппарат состоит из муль­типликатора, на выходном валу которого устанавлива­ют разбрызгивающее устройство. Частота вращения выходного вала достигает 40 000 об/мин, что обеспе­чивает поступление в дымовые газы капель диаметром около 100 мкм. В отличие от форсунок различных ти­пов механический разбрызгиватель обеспечивает мак­симальную монодисперсность капель, что также бла­гоприятно сказывается на процессе массообмена. Из-за высокой частоты вращения разбрызгиватель изго­тавливают из абразивостойкого материала, несмотря на сравнительно низкую твердость частиц извести.

Абсорбер имеет специфическую конструкцию, которая должна по возможности исключить попада­ние капель суспензии на стенки аппарата, вызыва­ющих образование трудноудаляемых сульфит-суль­фатных отложений. Это достигается в первую оче­редь организацией в аппарате двух (иногда трех) за­крученных газовых потоков с помощью специальных направляющих устройств во входном патрубке. Ино­гда применяют прямоточные аппараты, в которых капли суспензии движутся в газовом потоке. Во всех случаях средняя скорость газового потока, отнесен­ная ко всему поперечному сечению абсорбера, обыч­но не превышает 1 м/с.

Большой объем аппарата при малой скорости га­зов позволяет глубоко охлаждать дымовые газы с превышением над температурой водяной точки ро­сы 15  20 °С. Этим обеспечивается указанная высо­кая степень улавливания SO₂.

Технология с циркулирующей инертной мас­сой. Рассмотренная мокро-сухая технология с полым абсорбером имеет существенный недостаток: она требует значительных объемов абсорбционной зоны, что обеспечивает высокую степень сероочистки при одновременном полном испарении воды и исключе­нии образования отложений на стенках аппарата. Но мокро-сухой процесс можно организовать и по-дру­гому: ввести в дымовые газы большое количество инертного материала, а на его поверхность нанести реагент. При этом масса инертного материала не должна терять своих сыпучих свойств. Схема такой установки показана на рис. 9.

В установку входят электрофильтр (рукавный фильтр) 1, подводящий газоход 2 с участком 3 смешивания твердой массы с реагентом, выполнен­ным в виде модифицированный трубы Вентури, сис­тема 4 пневмотранспорта уловленной золы, золопровод 5 возврата части уловленной золы в подводящий газоход и узел 6 известковой суспензии (силос извес­ти, емкости для приготовления и хранения суспензии и насос для подачи суспензии в дымовые газы).

Рис. 9. Схема сероочистки с циркулирующей инертной массой

Дымовые газы из котла проходят через трубу Вентури, перед которой в уходящие газы дополни­тельно сбрасывают часть уловленной золы. В горло­вину трубы Вентури подают известковую суспен­зию. Подводящий к золоуловителю газоход является одновременно абсорбером, где диоксид серы связы­вается кальцием. Большая скорость в этом газоходе обеспечивает необходимый массообмен, а достаточ­ная абразивность золы исключает образование отло­жении на стенках газохода. В результате в золоуло­витель поступает сухая смесь из летучей золы и от­ходов сероочистки. Организация циркуляции части золы приводит к резкому увеличению запыленности дымовых газов перед электрогазоочисткой (фильтра­цией). Поэтому первое поле (или два первых поля) могут работать в режиме, близком к запиранию ко­ронного тока объемным зарядом пыли. Для исключе­ния этого явления на выходах из газохода-абсорбера применяют предвключенные механические золоуло­вители  батарейные или прямоточные циклоны.

Технологию с циркулирующей инертной массой целесообразно применять при высоком расположе­нии золоуловителя, когда между ним и выходным газоходом котла имеется протяженный вертикаль­ный участок.