3.3.4. Оксиди сірки
Із зменшенням доступності високоякісних палив більш широко використовуються палива із підвищеним вмістом сірки. В процесі горіння вона окиснюється, утворюючи двоокис і близько 1% триокису в залежності від надлишку повітря і часу перебування в топці. При виході в атмосферу весь оксид SO2 в кінцевому випадку окиснюється до SO3 і повертається на землю з дощовою водою у вигляді розбавленого розчину сірчаної кислоти. В промислових районах корозія металу і залізобетону під дією дощової води, що містить кислоту -звичайне явище. Крім цього зменшення рН у річках та озерах негативно впливає на життєдіяльність організмів, які там є.
Оксиди сірки досить легко поглинаються лужними розчинами на основі натрію, кальцію, магнію і навіть органічними реактивами. В більшості цих процесів сірка перетворюється в сірчистокислий або в сірчанокислий кальцій і йде в землю. Однак в Японії регенерують CaSO4 і використовують для виготовлення панелей для будівництва. В деяких технологічних процесах із промивного середовища регенерують SO2 шляхом випарювання або сушіння, а потім перетворюють в H2SO4 або відновлюють до елементарної сірки.
Найбільший вплив на вміст SO2 в димових газах робить водневий показник промивного середовища рН. Процес поглинання базується на розчинності SO2 в рівновазі з її парціальним тиском11 в газовій фазі. Щоб понизити парціальний тиск необхідно зменшити концентрацію розчиненої SO2 шляхом перетворення її в йони бісульфату (HSO3-) або в твердий сульфіт кальцію. В першій реакції як продукт очистки використовується розчинний сульфат натрію і йони сульфіту перетворюють SO2 в біосульфіт:
В другій реакції мають бути присутніми йони кальцію або у вигляді вапна або у вигляді солі вугільної кислоти СаСОз (вапняк):
В обидвох випадках поглинання SO2 проходить із зменшенням рН, який додає свіжий реагент для підтримання необхідного складу промивного розчину.
На рис.2.14 показано регулятор рН, який здійснює додавання свіжого реагенту для підтримки необхідного складу промивного розчину. Оптимальне
" Парціальний тиск - внесок газу певного роду в загальний тиск суміші газів.
значення рН залежить від характеру процесу. При очистці з допомогою вапна або вапняка рН ~ 6 забезпечує майже повну нейтралізацію. При застосуванні вапняку не можна збільшувати рН вище 6-7, із-за обмеженої розчинності вапняка.
Якщо промивка в скрубері проводиться з допомогою реактивів на основі натрію, то реакція закінчується при рН близькому 5. Реактиви на основі натрію як правило регенерують на другій стадії шляхом реакції з вапном.
2.3.5. Регулювання допалювання димових газів в факелі на виході
У нафтоочисних і хімічних виробництвах для спалювання відпрацьованих газів і продуктів, що видаляються через випускні отвори, зазвичай застосовують допалювання12. Вприскуючи водяну пару в зону горіння, можна істотно зменшити випромінювання і утворення диму. Трудність полягає в тому що кількість допалюючого газу може змінюватися у великих межах, причому зміна відбувається досить швидко.
Є два способи регулювання допалювання: можна задавати витрату пари пропорційно витраті газу або регулювати його залежно від допустимого випромінювання факела. Система регулювання відношення витрат (розімкнена) має ряд недоліків. Вимірювання витрати методом змінного перепаду тиску, що зазвичай використовуються для вимірювання витрат газу і пари, мають обмежену амплітуду регулювання, що не перевищує 4:1, що переважно недостатньо для застосування в процесах допалювання. Витратоміри з більшою амплітудою регулювання, наприклад вихрового типу, досить дорогі, особливо якщо вони мають великі розміри, необхідні для багатьох процесів допалювання. Крім того, склад допалюваного газу може сильно змінюватися, а тоді необхідно змінювати відношення витрат водяної пари і газу. Щоб уникнути утворення диму при спалюванні сумішей, необхідне велике відношення витрати пари до витрати газу, що до безкорисної витрати пари при спалюванні бідних сумішей. Також, необхідно зробити так, щоб витрату водяної пари випереджала витрата газу для компенсації запізнювання в контурі регулювання витрати і часу транспортування пари від клапана до верхньої частини факела.
Другу система регулювання, в якій використаний принцип зворотного зв'язку, показано на рис.2.15. Навколо факела на виході із труби розміщена система із чотирьох термопар, на які діє випромінювання від полум'я. Термопари з'єднані між собою паралельно, що дозволяє отримати середнє значення чотирьох
12 Допалювання - метод очищення викидів від газоподібних домішок; заснований на високотемпературному спалюванні шкідливих домішок, що містяться в технологічних, вентиляційних і інших викидах.
температур. Принаймні одна з термопар буде сприймати випромінювання від факела незалежно від напрямку вітру, в будь-який момент часу, Якщо полум'я невелике, то температура близька до температури навколишнього середовища і термо е.р.с, яка створюється перепадом температур відносно термопари з температурою навколишнього середовища, яка розміщується біля основи димової труби, буде близька до нуля. При утворенні яскравого полум'я між випромінюванням факела і навколишнім середовищем виникне перепад температур, на який зреагує регулятор і відкриє регулятор водяної пари. Коли під дією водяної пари випромінювання зменшиться, перепад температур зменшиться, хоча він не може впасти до нуля із-за тепла, яке виділяється при допалюванні. Отже, регулятор не повинен мати інтегральної дії, бо тоді він буде продовжувати збільшувати витрату пари, не будучи в стані забезпечити зменшення температури. Крім цього, регулятор повинен реагувати не на зміну температури, а на швидкість її зміни (регулювання за похідною). Це компенсує запізнення термопар і запізнення в магістралі подачі водяної пари.
Регулятор повинен бути настроєний так, щоб при нульовому перепаді температур клапан водяної пари був закритий. Зону пропорційності по можливості необхідно звужувати, щоб зменшити димоутворення. Але якщо вона буде дуже малою, то можуть виникати автоколивання, як і в будь-якому іншому контурі зворотного зв'язку. Тривалість дії за похідною підбирають так, щоб
зменшити період коливань на -30%; це дозволяє ще дещо знизити зону пропорційності, завдяки чому збільшується швидкість регулювання.
Рис. 3.15. Схема, за якою зменшується випромінювання і виділення диму за допомогою вприскування водяної пари в полум 'я.
Література
Shinskey F.G., Process Control Systems, McGraw-Hill New York 1967 pp. 188- 190.
Gilbert L.F., Precise Combustion-Control Saves Fuel and Power, Chem. Eng. (June 1976).
May D.L., Cutting Boiler Fuel Costa with Combustion Controls, Chem Eng. (Dec. 1975).
Bell A.W., Breen B.P., Converting Gas Boilers to Oil and Coal, Chem. Eng. (Apr. 1976).
Environmental Protection Agency, Rept. № 650/2-74-066, U.S. E.P.A., Wa shington, D.C.
Shinskey F.G., pH and plon Control in Process and Waste Streams, Wiley
(Interscience), New York, 1973, pp. 88 92.
Environmental Protection Agency, Controlled Flare Cuts Smoke, Noise, Saves Steam, Technol. Transfer, U.S.E.P.A., Washington, D.C.
Солодовников В.В., Мрамко Л.С. Расчет и проектирование аналитических самонастраивающихся систем с зталонньїми моделями. - М.: «Машиностроение», 1972.-270 с.
Ковриго Ю.М, Мовчан А.П., Поліщук І.А. Метод построения самонастраивающихся регуляторов для промншленного применения// Автоматика, автоматизация, злектротехнические комплекси и системьі. - 2005. -№1.-С. 152-157.
10. Тепловой расчет котельньгх агрегатов (Нормативний метод). Под ред. Кузнецова и др. - М.: Знергия, 1973. - 296 с.
