Озонно-аммиачная технология

 

Озонно-аммиачный метод обеспечивает очистку дымовых газов как от диоксида серы, так и от оксидов азота.

Технологическая схема озонно-аммиачного метода проста (рис.8.7). Дымовые газы после дымососа и теплообменника 2, где газы охлаждаются со 130 до 80 ⁰С, направляются в скруббер 1, выполненный в виде нескольких последовательно присоединенных труб Вентури, где происходит смешивание их с озоном, поступающим из озонатора 4, и поглотительным раствором. Пройдя каплеуловитель 3, очищенные газы сбрасываются в дымовую трубу, предварительно подогреваясь до прежней температуры. Поглотительный раствор циркулирует по контуру: каплеуловитель 3 – сборник поглотительного раствора 7 – инжекторный скруббер 1. Для предупреждения коррозии в теплообменнике 2 и дальнейших газоходах, где температура газов примерно равна 80 ⁰С, перед подогревателем впрыскивается небольшое количество аммиачной воды.

Основная часть поглотительного раствора с прореагировавшими оксидами серы и азота попадает в нижнюю часть каплеуловителя 3, где смешивается с другой частью поглотительного раствора и технической водой, подаваемыми на каплеуловитель. Из каплеуловителя 3 раствор самотеком поступает через гидрозатвор в циркуляционную емкость 7, откуда насосом вновь подается на орошение в реактор 1 и каплеуловитель 3. Для поддержания значения рН поглотительного раствора, оптимального для абсорбции газов, в сборник 7 подается насосом 25 % аммиачная вода из емкости 6.

Рис. 8.7. Технологическая схема озонно-аммиачного метода сероочистки: 1– скруббер-реактор; 2– теплообменник; 3– каплеуловитель; 4– озонатор; 5– реактор-окислитель; 6– емкость аммиачной воды; 7– сборник поглотительного раствора;

8– аварийная емкость; 9– сборник жидких удобрений; 10– сушилка; 11– склад

 

В начальный момент работы в реакторе 1 дымовые газы орошаются технической водой, предварительно залитой в циркуляционную емкость 7. Циркуляция технической воды в контуре продолжается до достижения концентрации солей в ней 450 г/л, после чего часть поглотительного раствора направляется в реактор-окислитель 5 для преобразования сульфитов и бисульфитов аммония в сульфаты. Объем циркулирующего поглотительного раствора пополняется технической водой в сборнике 7 или каплеуловителе 3. В реактор-окислитель 5 предусматривается ввод аммиачной воды из емкости 6 и кислоты от дозатора для достижения оптимального процесса окисления бисульфита аммония в сульфат. Поглотительный раствор в реакторе-окислителе 5 барботируется воздухом или озонированным воздухом и после окисления направляется в бак запаса жидких удобрений 9, а затем в узел приготовления гранулируемых удобрений 10 и далее на склад 11.

Химические реакции преобразований поглотительного раствора и оксидов серы приведены в аммиачно-циклическом методе улавливания оксидов серы. Улавливание оксидов азота, имеющее место в этой технологии, можно представить следующими химическим реакциями:

4+ 66+5;

+;

+ + ++;

® + ;

+ +;

3+ 2+ 3+32+ 2+ 5.

Основные характеристики озонно-аммиачной технологии следующие:

– скорость газов в скруббере - реакторе v_г = 7...8 м/с, в каплеуловителе v_г = 3,5...5,5 м/с;

– удельные расходы жидкости на орошение = 0,5...1,0 л/;

– энергоемкость озонно-аммиачного метода – 5 % от эквивалентной мощности энергоблока;

– удельный расход озона (0,25...0,5) 10^-3 кг/газа;

– удельный расход аммиака (1,2...1,5) 10^-3 кг/газа;

– гидравлическое сопротивление установки до 1500 Па;

– эффективность улавливания оксидов серы до 90 %;

– эффективность улавливания оксидов азота до 70...80 %.

8.11. Магнезитовая технология

 

Магнезитовый способ заключается в связывании диоксида серы суспензией оксида магния:

MgO + SO₂ = MgSO₃ .

Сульфит магния в скруббере пересыщает раствор и выпадает в виде крупных кристаллов, содержащих кристаллизационную воду (MgSO₃ 6Н₂О). Кристаллы отделяются от раствора, сушатся, теряя при этом кристаллизационную воду, и направляются в печь, где происходит термическая диссоциация сульфита магния по реакции

MgSO₃=MgO + SO₂ .

Таким образом, регенерируется оксид магния, а газообразные продукты термической обработки кристаллов содержат диоксид серы в концентрации, достаточной для производства серной кислоты по обычной технологической схеме. Магнезитовый способ является более простым по сравнению с аммиачно-циклическим. Единственно побочной реакцией при очистке газов является образование сульфата магния из сульфита:

2 MgSO₃+ O₂ = 2 MgSO₄ .

Однако этот процесс сводится к минимуму добавлением к циркулирующему раствору некоторых веществ, замедляющих окисление сульфита магния до сульфата. Магнезитовый метод требует более качественной очистки дымовых газов от золы до обработки их в системе улавливания оксидов серы, так как в дальнейшем золовые частицы трудно отделить от выпадающего в виде кристаллов сульфата магния (MgSO₃ 6Н₂О).

Дымовые газы (рис.8.8) направляются в скруббер - абсорбер 2, орошаемый раствором, состоящим из сульфата и сульфита магния, частиц золы и оксида магния, который связывает в скруббере диоксид серы. Очищенные в абсорбере 2 газы проходят через брызгоуловитель, подогреваются в теплообменнике 1 до 100...200 ⁰С и выбрасываются через дымовую трубу.

Рис. 8.8. Магнезитовая технология улавливания оксидов серы: 1– теплообменник;

2– абсорбер; 3– сборник поглотительного раствора; 4– гидроциклон; 5– фильтр;

6– сушилка; 7– печь обжига; 8– пылеотделитель; 9– смеситель

 

К жидкости, вытекающей из абсорбера 2, добавляется суспензия оксида магния из смесителя 9, нейтрализующая кислые соединения, после чего раствор насосом вновь направляется в абсорбер на орошение. В процессе работы в циркулирующем растворе накапливаются кристаллы сульфита магния, увеличивается концентрация сульфата и мелкой золы. Поэтому часть жидкости выводится из сборника 3 и направляется в гидроциклон 4 для отделения кристаллов. Затем часть раствора фильтруется и возвращается в цикл орошения.

Кристаллы сульфата магния поступают в сушилку 6, а затем в печь обжига 7. В результате обжига образуется газ, содержащий 8 % диоксида серы, который очищается от пыли оксида магния в пылеотделителе и электрофильтре 8 и в дальнейшем используется для получения серной кислоты. Оксид магния возвращается в систему очистки.

 

Магнезитовая схема улавливания оксидов серы имеет ряд преимуществ перед остальными методами:

1. Она имеет высокую степень очистки газов от диоксида серы (до 90…92 %) без предварительного охлаждения.

2. Обжиг кристаллов сульфита магния может производиться на предприятиях, удаленных от электростанций, так как высушенный кристаллический сульфит магния может транспортироваться любым транспортером, так же как и оксид магния в обратном направлении.

3. Раствор, циркулирующий в системе очистки газа, не имеет кислой реакции и поэтому этот метод не требует антикоррозионных мероприятий.

К недостаткам магнезитовой технологии можно отнести следующее.

1. Появляется большое количество операций с твердыми веществами (кристаллы сульфита, оксид магния, зола), что приводит к абразивному износу аппаратуры и коммуникаций, к пылеобразованию и пылезаносу оборудования.

2. Для сушки кристаллов и удаления из них гидратной воды требуется значительный расход тепла.

3. Возможное увеличение доли окисления сульфита в сульфат усложняет процесс регенерации оксида магния.

 

8.12. Содово-циклический метод

 

Способ очистки дымовых газов от диоксида серы сульфит-бисульфитным раствором солей натрия, разработанный и применяемый в США, подобен аммиачно-циклическому. Поглощение диоксида серы осуществляется при орошении дымовых газов раствором сульфита натрия в соответствии с химической реакцией

+ +.

Бисульфит натрия поступает в десорбер, где при нагревании раствора процесс идет в обратном направлении. Основным продуктом является газообразный диоксид серы, получаемый после десорбции раствора. Однако образовывается и побочный продукт очистки газов – это сульфат натрия , который удаляется из циркуляционного контура выпариванием. Взамен выделенного сульфата натрия в циркуляционный контур добавляется эквивалентное количество соды.

 

К преимуществам этого способа можно отнести следующее:

1. Соли натрия более прочно связывают диоксид серы, чем соли аммония. Поэтому эффективность очистки дымовых газов от при этом методе выше, чем при аммиачно-циклическом.

2. При содово-циклическом методе не требуется предварительное охлаждение дымовых газов.

3. Содово-циклическая технология дает высокое качество конечного продукта– 100 %-го диоксида серы, который может использоваться в других процессах и технологиях.

4. Соли имеют практически нулевую упругость паров над раствором, поэтому отсутствуют потери с уходящими парами, а выход сжиженного диоксида серы выше, чем при аммиачно-циклической технологии.

5. Складирование и дозировка соды в поглотительный раствор более просты, чем аммиака.

 

Недостатки этого способа следующие:

1. Появляются отходы сульфата натрия, чистота которых сравнительно невысока, что ограничивает его практическое применение.

2. Сода, идущая на возмещение потерь в этой технологии, является дефицитным материалом.

3. Циркулирующие растворы являются коррозионно - активными и требуют антикоррозионных мероприятий.

4. Содово-циклический метод также как и аммиачно-циклическая технология требует больших площадей под оборудование, а энергозатраты на десорбцию диоксида серы даже еще выше.

5. Требуется большое количество тепла на регенерацию сульфита натрия.

6. При выпаривании влаги за десорбером при отгонке диоксида серы возможно образование и выпадение кристаллов сульфита натрия, что создает трудности в операции превращения его в раствор.

В отечественной практике содово-циклический метод не находит применения.

 

8.13. Другие технологические схемы улавливания оксидов серы и

сравнение различных методов

 

В западных странах Европы в последнее время активно внедряется технология распылительной абсорбции диоксида серы из дымовых газов тепловых электростанций, работающих на малосернистом топливе (1%). Такая схема состоит из распылительной башни-сушилки, в которую через завихритель подаются горячие дымовые газы. Сюда же через специальные форсунки вводится тонко распыленная водная суспензия извести. Развитая поверхность контакта мелких капель суспензии с газами обеспечивает быстрое поглощение диоксида серы. Затем в сушилке вода испаряется, а некоторая доля твердых частиц осыпается на дно сушилки, а остальные частицы улавливаются в золоуловителе, расположенном за сушилкой. Золоуловители выполняются в виде рукавных фильтров или электрофильтров.

 

Универсальных технологий улавливания оксидов серы, которые можно было бы рекомендовать к внедрению, в настоящее время нет. При выборе того или иного метода сероочистки дымовых газов приходится учитывать многие факторы, среди которых конструкция и режимы работы котла, характеристики топлива, наличие свободных площадей на ТЭС, сырьевое и транспортное обеспечение, требуемая эффективность газоочистки, возможность утилизации и другие условия.

В табл. 8.2 приведены оценочные характеристики различных технологий сероулавливания. Более точный выбор схемы улавливания диоксида серы из дымовых газов можно сделать на основании сравнительного технико-экономического анализа различных вариантов применительно к конкретным условиям.