§ 2. Известняково-известковые методы очистки

В металлургии наиболее распространен известняковый метод очистки газов от SO_2. Преимуществами этого метода являются: простота технологической схемы, доступность и дешевизна сорбента, относительно малые капитальные затраты, возможность очистки газа без предварительного охлаждения и тонкого обеспыливания. К недостаткам метода относятся: низкий коэффициент использования известняка (как правило, не выше 50 %), получение в качестве продукта реакции не используемого в процессе шлама, относительно невысокая степень очистки, подверженность забиванию отложениями абсорбционной аппаратуры и коммуникаций.

Метод внедрен в промышленность в ряде стран, в том числе и в СССР. На Магнитогорском металлургическом комбинате работает одна из крупнейших в мире установок производительностью около 3 млн. м³/ч.

Принципиальная схема известнякового метода очистки представлена на рис. 23.3.

Газ, предварительно очищенный от крупной пыли, поступает в полый форсуночный скруббер, где орошается суспензией известняка СаСОз, взаимодействующей с SO₂ по основной реакции

SO₂+CaCO₃ = CaSO₃ + CO₂. (23.2)

Сульфит кальция CaSO₃, частично окисляющийся до CaSO₄, плохо растворим и выпадает в осадок. Некоторое количество образующегося в ходе побочной реакции хорошо растворимого бисульфита кальция Ca(HSO₃)₂, взаимодействуя с поглотителем, также переходит в CaSO₃ и CaSO₄ и выделяется из раствора.

Рис. 23.3. Схема очистки газов от SO₂ известняковым методом: 1 - скруббер; 2 — пылеуловитель; 3 — форсунка; 4 — гидрозатвор; б, 10 —- фильтр для отделения крупных частиц; 6 — циркуляционный сборник; 7 — насос; 8 — гидроциклон; 9 — вакуум-фильтр.

Продукты реакции в скруббере через гидрозатвор и фильтр грубой очистки частично поступают в циркуляционный сборник, а частично отводятся из процесса. Отводимую из процесса жидкость, содержащую кристаллы CaSO₃ и CaSО₄, для отделения твердой фазы и ее обезвоживания пропускают через гидроциклон и вакуум-фильтр. Полученный шлам направляют в отвал, а освобожденный от кристаллов раствор — в циркуляционный сборник. Сюда же направляют свежую известняковую суспензию и воду, компенсирующую потери. Из циркуляционного сборника раствор, состоящий из суспензии известняка и кристаллов сульфита и сульфата кальция, с помощью насоса через фильтр подается на орошение скруббера. Очищенный от SO₂ газ выбрасывается из скруббера через каплеуловитель в атмосферу. Степень очистки газа может быть доведена до 85%.

Известняковую суспензию приготовляют путем предварительного дробления известняка на молотковых дробилках и размола его в шаровых мельницах, работающих в замкнутом цикле с гидроциклонами (рис. 23.4), куда направляют пульпу, разбавленную водой до заданной плотности. В гидроциклонах происходит разделение частиц известняка по крупности: частицы размером более 70 мкм возвращаются в шаровые мельницы на домалывание, а менее 70 мкм — в сборник готовой суспензии.

Рис. 23.4. Схема приготовления известняковой суспензии: 1 — транспортер; 2 — бункер; 3 — дозатор; 4 — шаровая мельница; 5 — циркуляционный насос; 6 — сборник; 7 — отстойник; 8 — гидроциклон; 9 — сборник готовой суспензии; 10 — насос.

При применении в качестве сорбента известкового молока Са(ОН)₂ вместо известняка можно сохранить ту же принципиальную схему и получить несколько более высокую степень очистки (до 90 %). В этом случае основная реакция имеет вид

SO₂ + Са (ОН)₂ = CaSO₃ + Н₂О. (23.3)

Однако большая доступность сорбента и более низкая стоимость очистки дают преимущество известняковому методу.

Проведенные исследования и опыт работы крупных промышленных установок позволили установить влияние ряда факторов и дать рекомендации по применению известняковой очистки газов:

1) поглотительная способность суспензии зависит от сорта известняка и уменьшается с увеличением в нем содержания оксида магния;

2) рекомендуемая тонина помола известняка составляет 40—50 мкм. При более крупном помоле поглотительная способность суспензии уменьшается; при более мелком помоле возрастает расход энергии без улучшения работы установки;

3) плотность известняковой суспензии рекомендуется поддерживать на уровне 100 г известняка на 1 л воды. Дальнейшее повышение плотности не приводит к улучшению качества очистки;

4) важное значение для качества очистки имеет скорость перемешивания суспензии, которое обычно осуществляют механической мешалкой с интенсивностью 0,4—0,8 1/с или барботированием с расходом сжатого воздуха до 0,7 м³/мин на 1 м² поверхности жидкости;

5) удельный расход суспензии т, дм³/м³, и плотность орошения γ, м³/(м²·ч), существенно влияют на степень очистки газа. С увеличением этих величин эффективность абсорбции значительно возрастает (рис. 23.5). При повышении производительности установки путем увеличения скорости газа в скруббере для поддержания высокой степени очистки следует увеличивать удельный расход и плотность орошения скруббера;

Рис. 23.5. Влияние плотности орошающей суспензии, удельного орошения и коэффициента использования известняка на степень поглощения SO₂

6) коэффициент использования известняка рекомендуется поддерживать на уровне ~50 %. Попытки увеличить этот коэффициент приводят к снижению эффективности работы установки. Снижение коэффициента использования еще более увеличивает количество отвалов. В настоящее время разрабатываются системы очистки, позволяющие повысить коэффициент использования известняка до 100% с получением гипса в качестве конечного продукта;

7) орошение скруббера рекомендуется делать двух- или трехъярусным, что, во-первых, дает несколько лучший коэффициент очистки (по сравнению с одноярусным орошением) и, во-вторых, уменьшает вредное влияние неорошаемых зон, образующихся при засорении отдельных форсунок;

8) значительные затруднения в эксплуатации вызывают нерастворимые отложения, образующиеся в верхней неорошаемой части скрубберов и отводящих газоходах. Наилучшие результаты борьбы с ними дают смыв отложений в скруббере суспензией, а в газоходах — технической водой;

9) из скрубберов с уходящими газами уносится капельная влага. Величина уноса растет с увеличением скорости газового потока в скруббере и с уменьшением размера капель. Для борьбы с каплеуносом скрубберы снабжают каплеуловителями, большей частью с центробежными завихрителями, обеспечивающими наилучшие результаты. Предпочтение отдают установке общего каплеуловителя для нескольких скрубберов. В этом случае в коллекторе происходит дополнительное отделение капельной влаги и общая эффективность улавливания повышается; доля уловленной капельной влаги достигает 98 % при потере давления в каплеуловителе в среднем 1000 Па;

10) в настоящее время скорость газов в скрубберах, как правило, не превышает 2 м/с. Однако проведенные технико-экономические подсчеты показывают целесообразность увеличения скоростей до 5 м/с. При этом следует решать проблему каплеуноса, который в этом случае значительно возрастает. Кроме того, должны быть увеличены плотность орошения и концентрация известняка в суспензии.

Ниже приводятся результаты проведенных технико-экономических расчетов по варианту I (w = 5 м/с) и варианту II (до = 2 м/с):

	Вариант I	Вариант II
Количество отходящих газов аглофабрики, тыс. м3/ч	3 300	3 300
Степень очистки газа, %	90	90
Скорость газа в скруббере, м/с	5	2
Количество скрубберов, шт.	10	25
Расход известняка, т/ч	59,2	59,2
Удельное орошение, т/м3	8,7	4,2
Плотность орошения, м3/(м2·ч)	160	82
Количество циркулирующей суспензии, м3/ч	28 800	37 100
Общее аэродинамическое сопротивление, кПа	3,0	1,9
Расход электроэнергии, кВт·ч	14 700	16 120
Численность обслуживающего персонала, чел.	110	160
Полная стоимость сооружения, тыс. руб.	4250	5700
Годовые эксплуатационные расходы, тыс. руб.	4312,6	4891,5

Как видно, по варианту I капитальные затраты на сооружение сероочистки и эксплуатационные расходы соответственно на 1450 и 578,9 тыс. руб. ниже, чем по варианту II. Отсюда экономическая эффективность скоростных скрубберов составляет:

Э = С_э + 0,12 К = 578,9 + 0,12. 1450 = 752,9 тыс. руб./год, что подтверждает целесообразность их применения.