электростанций, промышленных и отопительных котельных разной мощности около 400 тыс.т водоугольного топлива. Блок-схемы приготовления «ЭКОВУТ» приведены на рис. 10.4, 10.5.

Рис. 10.4. БЛОК-СХЕМА ПРИГОТОВЛЕНИЯ "ЭКОВУТ"

С ЗОЛЬНОСТЬЮ, РАВНОЙ ЗОЛЬНОСТИ ИСХОДНОГО УГЛЯ

Рис. 10.5. БЛОК-СХЕМА ПРИГОТОВЛЕНИЯ "ЭКОВУТ"

ПОНИЖЕННОЙ ЗОЛЬНОСТИ ИЗ КАМЕННЫХ УГЛЕЙ

В последние годы все больший интерес вызывает технология газификации углей в схеме ПГУ. По сравнению с паротурбинными энергетическими блоками такие ПГУ наряду с уменьшением удельного расхода топлива могут обеспечить сокращение в 2-10 раз выбросов вредных веществ в атмосферу и более чем в 2 раза тепловое загрязнение водоемов. Отдельные результаты по газификации углей различными способами представлены в табл.

10.2.

242

Таблица 10.2

Опытные показатели газификации углей разными способами

1.10.3. Очистка дымовых газов от оксидов серы и азота

Для очистки дымовых газов тепловых электростанций от двуокиси серы в зарубежной энергетике накоплен значительный опыт применения

десульфуризационных установок (ДСУ). Известно около 200 различных способов удаления сернистого ангидрида из дымовых газов, более 25 из них нашли промышленное применение.

Методы мокрой десульфуризации дымовых газов делятся на нерегенеративные с использованием реагента 1 раз и регенеративные, в которых реагент может быть получен и использован многократно.

243

К нерегенеративным процессам, получившим широкое распространение, относятся известковые (известняковые) и аммиачные. Среди регенеративных процессов наиболее часто применяется метод двойного щелочения сульфата натрия.

Технологическая схема мокрой известняковой ДСУ предусматривает деление абсорбера на 2 ступени, что позволяет поддерживать кислотность пульпы на заданном уровне и вырабатывать гипс высокого качества. Процесс очистки по этому способу осуществляется следующим образом. Дымовые газы после золоуловителя охлаждаются в регенеративном подогревателе, а затем в нижней части первой ступени абсорбера орошаются известняковой суспензией с образование сульфата кальция. При этом происходит реакция:

СаСО3+SO2+2Н2О →CaSO3 2Н2О+СО2

На нейтрализацию 1 кг SO2 расходуется 1,56 кг СаСО3. Для более полного использования в абсорбере нейтрализующих свойств известняка предусматривается рециркуляция промывочной жидкости (15-20 л/м3 газов). Степень очистки газов от SO2 по этому способу составляет 90-95%. Дымовые газы после очистки и охлаждения в абсорбере до 45°С проходят зону брызгоуловителей, где отделяются капли воды. Затем дымовые газы частично подогреваются неочищенными газами, в результате чего испаряется оставшаяся влага и после дополнительного подогрева выбрасывается в атмосферу. После абсорбера известняковая суспензия в сборной емкости продувается воздухом, в результате чего сульфит кальция доокисляется до нейтрального сульфата – гипса по схеме

CaSO3 2H2O+0,5О2 → СаSO4 2H2O

Для реализации способа мокрой десульфуризации дымовых газов требуется технологическое оборудование для приготовления тонкоразмолотого известняка и его подачи, получения и отвода пульпы, подачи окислителя, отвода гипса. Часть оборудования требует коррозионностойкого исполнения. Существует много разновидностей реализации приведенного выше способа, с разным количеством выхода товарного гипса. Для повышения эффективности работы ДСУ применяется ввод в промывочный раствор тиосульфата, осуществляется предварительная очистка газов от хлора, разные схемы обезвоживания гипса и т.п.

В качестве примера приведена принципиальная схема установки, в которой реализован один из способов мокрого способа сероочистки для одного из энергетических блоков ТЭС в ФРГ. Рис. 10.6. Основные элементы установки: блок подготовки рабочей суспензии (смеси известняка с водой), промывочная башня, блок подготовки гипса, включающий уплотнитель, гидроциклон, ленточный фильтр, сушилку и гранулятор, блок подогрева уходящих газов после промывочной башни и блок подготовки отработанной

244

промывочной воды. Поступающие из промывочной башни уходящие газы после блока подогрева выбрасываются в дымовую трубу, а абсорбированные продукты подаются в башню-окислитель и далее направляются в блок подготовки гипса.

В методе квазисухой сероочистки также применяют добавки промывочной жидкости, однако процесс ведут таким образом, что отработанную промывочную жидкость испаряют и получают лишь твердые конечные продукты. Недостатком этого метода являются определенные трудности при использовании конечных продуктов.

Степень очистки уходящих газов от SO2, достигаемая на современных установках мокрого способа сероочистки, превышает 90%. Уходящие газы охлаждаются в промывочной башне до 50°С, их необходимо подогревать перед дымовой трубой до 72°С. Подогрев уходящих газов осуществляют с помощью пароперегревателя (для этой цели используют отработанный пар после турбины) или регенеративного газоподогревателя. При эксплуатации энергетического блока в режиме средней нагрузки для подогрева уходящих газов после промывочной башни установки сероочистки целесообразно использование регенеративного газоподогревателя. Недостатком этого метода является то, что до 5% горячего газа перетекает в чистый газ, в результате чего

245

он загрязняется SO2. Для предупреждения этого в холодном тракте газа перед регенеративным газоподогревателем необходима установка отсасывающего вентилятора.

В аммиачном способе десульфуризации дымовых газов в качестве сорбента используется водный раствор аммиака, который вводится путем разбрызгивания перед воздухоподогревателем. В мокром скруббере после промывки водой и окисления промежуточных продуктов происходящих реакций образуется сульфат аммония, используемый в качестве минерального удобрения.

Из регенеративных методов очистки дымовых газов от сернистого ангидида следует отметить метод, основанный на поглощении его раствором сульфита натрия. В ходе происходящих реакций образуется бисульфат натрия, который под воздействием подводимой теплоты разлагается с выделением водяных паров, сернистого ангидрида и сульфита натрия с последующим образованием его раствора.

Процесс протекает по схеме

SO2+Na2SO3+H2O → 2NaHSO3

2NaHSO3 → 2Na2SO3+ H2O+SO2

Протекающие процессы регенерации бисульфата натрия позволяют многократно использовать исходные реагенты, а также получать серу или серную кислоту. Аналогичный результат достигается применением регенеративного магнезитового метода. Получаемый сульфат магния на отдельном предприятии перерабатывается с получением высококонцентрированной серной кислоты.

Мокросухой (полусухой) метод распылительной абсорбции основан на применении в качестве реагента гидрооксида кальция, разбрызгиваемого в абсорбционной колонке различными способами. Применяются паровой распыл, сжатым воздухом, центробежные распылители. Эффективность очистки по этому способу зависит от отношения Ca/S (1,2-1,5), температуры газов (на 1030°С выше точки росы водяных паров) и содержания соляной кислоты. При применении этого способа получают побочный продукт (СаSO4), который может использоваться в цементной промышленности. Для большинства углей в качестве золоуловителей можно использовать рукавные фильтры, эффективность работы которых снижается при сжигании углей, содержащих хлориды. В таких условиях более эффективны электрофильтры.

Сухой аддитивный известняковый метод предусматривает ввод в

газовый тракт котла тонкоразмолотого известняка. Температура в зоне ввода равна 900-1100°С. При этом происходит обжиг известняка. Образующаяся негашенная известь при t = 500-800°C связывает (на 30-40%) оксиды серы. В зоне температур газов 130-160°С устанавливается реактор-увлажнитель с впрыскиванием в него воды. При этом негашенная известь переходит в гашенную, которая связывает сернистый ангидрид по схеме

246

Са(ОН)2 + SO2 = CaSO3 2H2O

После реактора-увлажнителя сухая смесь золы и сульфита кальция улавливается в золоуловителе и сбрасывается в золоотвал. Степень очистки достигает 70-80%. Наиболее эффективный этот метод для углей с тугоплавкой золой. Замена известняка негашенной известью позволяет сократить расход реагентов в 1,8 раза и эксплуатационные затраты на приготовление суспензии и орошение абсорбера.

Сухие методы могут использоваться в комбинации с другими методами. В частности, применяют дополнительный ввод раствора аммиака, предварительно увлажняют дымовые газы.

Вэнергетике стран СНГ ДСУ нашли ограниченное применение, в то время как в ряде зарубежных стран они широко используются. Для газомазутных котлов в странах СНГ предпочтение отдано мокрому известняковому способу с получением гипса. Это связано, в первую очередь, с невысокой стоимостью известняка и возможностью получения товарного гипса по отечественной технологии.

Денитрификация дымовых газов может осуществляться различными способами. Из наиболее известных способов заслуживают внимания селективное термическое или каталитическое восстановление оксидов азота, электронно-лучевой и абсорбционный способ, применение активированного угля.

Селективный термический метод восстановления оксидов азота основан на вводе аммиака в зону с t = 870-1100°C с переходом оксида азота в молекулярный азот. Повышение эффективности применения этого способа достигается путем одновременного ввода водорода, что существенно усложняет конструкцию установок. Применение этого способа сопряжено со значительными трудностями, связанными со строгой дозировкой аммиака. Замена аммиака мочевиной расширяет температурный интервал эффективного применения этого метода.

ВЯпонии, ФРГ получил распространение метод селективного каталитического восстановления (СКВ) оксидов азота. Область температур эффективного его применения – 320-400°С. Особенностью этого метода является применение селективно действующего катализатора, ускоряющего реакции взаимодействия аммиака с оксидами азота, сопровождающиеся образованием молекулярного азота и паров воды. Денитрификационные установки могут размещаться как за ДСУ, так и между нею и электрофильтрами.

Процесс каталитической очистки дымовых газов при взаимодействии с аммиаком реализуется за счет протекания реакций

4NO+4NH3+3O2 → 4N2 + 6H2O 6NO+4NH3 → 5N2 + 6H2O

247

2NO2+4NH3+O2 → 3N2 + 6H2O 6NO2+8NH3 → 7N2 + 12H2O

При неэффективном использовании катализаторов возможно протекание побочных процессов, которые приводят не только к увеличению расхода аммиака, но и дополнительному образованию оксида азота

4NH3+3O2 → 2N2+6H2O 4NH3+5O2 → 4NO+6H2O

Применяют пластинчатые и сотовые катализаторы из платины, триоксида вольфрама, молибдена, легированной стали, керамики. Катализаторы должны обладать противоэрозийными свойствами, не снижать каталитических свойств под воздействием сернокислых компонентов, выдерживать циклические температурные нагрузки.

Способ СКВ имеет ряд недостатков: создаются условия для забивания воздухоподогревателя, требуется относительно высокая температура дымовых газов, происходит термическая деформация катализатора, изменяются электрические свойства золы, что особенно важно при применении электрофильтров.

Срок службы катализаторов в денитрификационных установках (ДНУ) составляет для газовых котлов порядка 7 лет, мазутных – 5 и пылеугольных – 3 года. Стоимость катализаторов составляет порядка 50% от стоимости ДНУ. Высокая эффективность работы ДНУ достигается при отношении NH3/NOх = 0,82-0,84. Минимальный проскок аммиака обеспечивается при относительно высокой удельной поверхности катализатора в реакторе. Установка оборудования СКВ за сероочисткой облегчают условия работы катализатора. Однако при этом требуются затраты на дополнительный подогрев очищаемых дымовых газов.

Одновременная очистка дымовых газов от оксидов серы и азота предполагает создание последовательных ступеней. По одному из способов, разработанному в ФРГ, осуществляется каталитическая очистка дымовых газов от сернистого ангидрида и оксидов азота. Дымовые газы после очистки в электрофильтре при t = 450-500°С поступают в верхнюю часть реактора, где происходит восстановление оксидов азота до N2, СО2 и Н2О, в нижней части реактора происходит окисление сернистого ангидрида в серный с последующим образованием серной кислоты. Улавливание сернистого ангидрида достигает 90%.

Электронно-лучевой способ очистки дымовых газов от NOх и SO2

основан на возбуждении реакции под действием электронов высоких энергий. При взаимодействии с основными составными частями дымовых газов (азотом, кислородом, водяным паром и двуокисью углерода) образуются возбужденные радикалы и ионы, которые приводят в действие сложный механизм реакции с гомогенными газофазными и гетерогенными газ-жидкость и газ-твердое

248

вещество реакциями, которые способствуют превращение NOx и SO2 в другие окислы. При этом образуются первичная серная и азотная кислоты, которые могут быть связаны добавкой нейтрализующих веществ. При использовании аммиака образуется твердый конечный продукт-смесь солей аммиака, используемых в сельском и лесном хозяйстве. Способ реализуется при температуре 80°С в дымоходе между сепаратором пыли и дымовой трубой.

Эффективность применения способа подтверждается данными экспериментальных испытаний. При обработке дымовых газов 8000-24000 м3/ч использовался излучатель мощностью 80 кВт и ускоряющим напряжением 800 кВ. Степень улавливания составляла по SO2 более 95% и по NOx – выше 80%.

Вопытных установках при расходе озона 0,18-0,24 г/м3 очищаемого газа

исуммарной плотностью орошения около 0,5 л/м3 эффективность очистки газов составила по SO2 – 90-94%, по NOх – 60-70%. Содержание озона в

дымовых газах на выходе из дымовой трубы не превышает 4 10-5 г/м3 при ПДК = 0,16 10-3 мг/м3 (в атмосферном воздухе).

Озонно-аммиачный метод позволяет одновременно осуществлять очистку дымовых газов от сернистого ангидрида и оксидов азота. Технологическая схема очистки газов включает: стадии охлаждения их до температуры 80°С, обработки в адсорбционном аппарате озоном и поглотительным раствором. Озон окисляет NO до NO2. поглотительный раствор позволяет перевести NO2 и SO2 в жидкую фазу. Реализация этого способа требует относительно высоких затрат электроэнергии на производство озона. Широкого распространения в энергетике этот способ пока не получил.

Метод использования активированного угля или кокса. В

технологической схеме этого метода дымовые газы после электрофильтров направляются в охладитель, где охлаждаются за счет впрыска воды до 120°С, а затем в верхней части абсорбера, заполненного активированным коксом, происходит сорбция SO2 и частичное восстановление оксидов азота. В нижнюю часть абсорбера вводится аммиак для более полного восстановления оксидов азота и нейтрализации проскока SO2. Степень десульфуризации газов достигает более 96%, а денитрификации порядка 70%.

В табл. 10.3 приведены ориентировочные стоимостные показатели различных технологий снижения выбросов SO2 и NOx в атмосферу с дымовыми газами угольных ТЭС.

249

250