pdf.php@id=6160.pdf
.pdfабсорбера оригинальной конструкции, в котором используются специально разработанные винтовые форсунки, подтвердившие свою эффективность в процессе длительной работы. Непрерыв ная работа установки достигается также применением клапанфильтров, позволяющих избежать забивания форсунок крупны ми кусками известняка.
Рис. 3. Схема опытной установки на электростанции Шони (США) с применением абсорбера с подвижной
шаровой насадкой:
1 - абсорбер с подвижной шаровой насадкой;
2 - брызгоуловитель; 3 - подогреватель очищенного газа; 4 - дымосос; 5, б, 7 - циркуляционные сбор ники;' 8 -. сгуститель шлама; 9 - промежуточная ем кость осветленной суспензии; 10 - промежуточная емкость репулышрованного шлама; II - центрифуга; 12 - сборник фугата; 13 - репульпатор шлама;
14 - шлакоотвал
Принципиальная технологическая схема другой системы, испытанной на установке электростанции Шони, представле на на рис. 3. Процесс основан на применении одного цикла абсорбции с использованием в качестве абсорбента суспен зии известняка со значением pH = 5,1-5,9. В качестве аб
9
сорбера применяется аппарат с резиновой подвижной шаровой насадкой.
В указанной схеме, в. отличие от вышеописанной, в цир куляционных сборниках отсутствует дополнительная обработ ка суспензии кислородом воздуха для увеличения степени окис ления сульфата кальция. Исследование схемы предполагается провести в ближайшем будущем. Без дополнительной подачи воздуха степень окисления сульфита в сульфат составляет 10-3056.
Проведенные исследования позволили получить следую щие эмпирические уравнения, которые могут быть использова ны для расчета процесса абсорбции двуокиси серы суспензи ей известняка в широком диапазоне параметров.
Для полого распиливающего абсорбера с форсунками
^ |
= 1 -ехр(-2,4 I0~3 (L/G) |
°»^2 Y 0 Д 9 exp [ptti + |
+ 1,35 Mg^-1,7 Y± + 0,145 (ci ^ |
, |
|
где ^ |
- отепень очистки газа от двуокиси серы; |
|
L/G- соотношение жидкость-газ, д/м3 ; |
||
V |
- скорость газа в абсорбере, м/с; |
|
рН£- значение pH абсорбента;
(% ) е , - концентрация ионов магния и хлора в абсорбенте
(С1)е |
- соответственно, вес.#; |
|
|||||
|
|
концентрация двуокиси серн в очищаемом газе, |
|||||
|
|
об.#. |
|
|
|
|
|
|
Указанное уравнение справедливо в следующем диапазо |
||||||
не параметров: |
V G = |
4,0-9,40 л/м3 ; V = 1,6-2,8 м/с; |
|||||
р Н ± - 5,2-5,9; |
( М $ е = 0-1,0 вес.#; (ci)e * 0,4-1,6 |
вес.#; |
|||||
* 1 |
= |
0,15-0,45 |
об.#. |
|
|
||
|
Для абсорбера с подвижной шаровой насадкой |
|
|||||
|
% ЩI - е х р |
б.ОЗ.ЕТ3 ( ь / о Я ' 81* У 0,36'вхр |
|
||||
[1,41 П Г 2 х |
V p » * |
+ |
Hg; + 0,81 рН;+ 0,79 ( M g ) 0 - |
1,7 Y±+ |
|||
+ 0,13 |
C l ^ j j |
,dP |
|
|
|
||
где hp - статическая высота слоя шаровсй насадки, мм; |
|||||||
dp - диаметр шаровой насадки, ш ; |
|
||||||
Hg |
- число |
опорных провальных решеток. |
|
||||
10
Уравнение справедливо в следующем диапазоне параметров: Ъ/G = 3.3-10,0 д/м3 , V = 2,60-3,8 м/с, рН1= 5,1-5,9,
(lte)e = 0-1,0 вес.#, (Cl)0 * 0,15-2,0 вес.*,у± =«0,15-0,45 вес./2, hp = 0-570 мм, dp = 38 ш , Ng = 4.
Рассмотрение экспериментальных данных, полученных на установке электростанции Шоыи, позволяет сделать некоторые важные в практическом отношении выводы. Обе испытанные тех нологические схемы показали надежную работу и с успехом могут быть использованы для очистки дымовых газов от дву окиси серы.
Увеличение концентрации двуокиси серы в очищаемом га зе при прочих равных условиях приводит к уменьшению степе ни очистки. Это объясняетсянизкой растворимостью природ ного известняка и, как следствие этого, малым содержанием химически активного компонента в жидкой фазе абсорбента. Однако эффективность очистки может быть значительно повыше на добавлением к природному известняку более растворимых солей магния.
Фирмой "J.u.Conversion Systems"проводятся также ис следовательские работы по термическому разложению природ ных доломитнзированннх известняков иди доломитов (xCaCO-^MgCOg) с целью повышения их активности.
Интересными представляются данные о влиянии на про цесс ионов хлора, присутствующих в абсорбенте. Наличие хлора в жидкой фазе абсорбента объясняется присутствием в дымовых газах некоторых ТЭС соединений хлора. Как показа ли опыты, увеличение содержания ионов хлора незначительно увеличивает очистку. Однако при этом отмечено, что хлор снижает уровень pH поглотительной суспензии, снижает эф фективность добавления соединений магния, усиливает корро зию металлического оборудования, ухудшает окисление суль фита в сульфат.
Существенно! при эксплуатации известняковых установок является необходимость поддержания определенного значения pH поглотительной суспензии. Как известно, уменьшение зna
il
ченвя pH приводят к соответствующему снижению эффективнос ти очистки. Однако, как показали экспериментальные данные, для уменьшения опасности зарастания оборудования кристал лическими отложениями значение pH суспензии необходимо поддерживать на уровне rf 5,6. Высокая эффективность очист ки при более низких значениях pH абсорбента достигается применением высоких плотностей орошения.
Большие работы проведены в области изучения кинетики
абсорбции в различных аппаратах, что позволяет рекомендо вать к внедрению в промышленность абсорберы с повышенной
относительной скоростью газа и жидкости и интенсивным пе
ремешиванием жидкой фазы в месте контакта взаимодействую
щих фаз С 39 J .
Для реализации известнякового или известкового мето дов рекомендованы различны? эффективные абсорберы: аппара ты с подвижной шаровой насадкой, выполненной из мрамора, резины или полиэтилена Г 31-38 , 47 , 48 J t трубы Вентури
/"31, 32 , 40-42 У , |
полые распиливающие абсорберы Г 31-34, |
43 , 44 , 47 , 48 _7, |
струйно-пенный аппарат С 45 _7, аппарат с |
насадкой из полипропилена или неопрена [ 46,7.
Абсорбер, применяемый для очистки больших объемов га зов от s Og известняковым методом, должен отвечать следую щим требованиям: высокая эффективность, большая пропускная способность по газу, возможность работы в широком диапазо не изменения нагрузок по газу и жидкости, простота конст рукции, отсутствие элементов, .легко забивающихся кристалли ческими отложениями, возможно низкое гидравлическое сопро тивление.
Внаибольшей степени этим условиям отвечает абсорбер
сподвижной шаровой наеадкой. Применение сплошных шаров из резины с удельным веоом 1,1 г/с№, а также эффективных брызгоуловителей позволило повысить линейную скорость га за в абсорберах до 6,0-10,0 м/с /"'47, 48J .
Впоследнее время в Швеции предложен [ 3_7 (рис. 4) гравитационный реактор, получивший название "Flakt-Nateko".
12
Pic. 4, Система гравитационного реактора " Plakt-Nateko* (Швеция):
I - реактор; 2 - дымосос; 3 - дымовой газ;
4 |
- |
зона выпаривания; 5 - зона |
отделения брызг; |
6 |
- |
дымосос вторичного газа; 7 |
- циклон для вы |
деления порошка отработанного сорбента; 8 - гра нуляция отработанного сорбента; 9 - бункер для взвести; 10 - поглотительная суспензия;
II- зона абсорбции
Врассматриваемом реакторе поверхность контакта газа и жидкости увеличена за счет большого количества шариков, непрерывное движение которых предотвращает образование твердых отложений в реакторе. Подача воды осуществляется
сучетом теплового потока.
В(результате абсорбции получается порошкообразный су хой продукт, поддающийся разнообразной обработке. Реактор работает без циркуляционных насосов и отличается незначи тельным гидравлическим сопротивлением. Предложенный аппа рат представляет интерес для газоочистки, однако отсутст вие достаточной опытной проверки служит препятствием для его немедленного внедрения в промышленность.
С целью предотвращения образования кристаллических отложений на отенках аппаратуры предложено вводить в аб
13
сорбент хлорид атония £ 49 7 . Для увеличения содержания сульфата кальция в шламе отработанный шлам рекомендуется дополнительно подвергать окислению кислородом воздуха в отдельном аппарате /"50 7 аналогично тому, как это делает ся в одной из схем американской опытной установки, рас смотренной выше. Шлам отфильтровывается и утилизируется, а фильтрат, содержащий растворенные сульфаты, использует ся для приготовления известкового молока. В системе цир куляции фильтрата происходит существенное увеличение кон центрации сульфата кальция и выпадение его в осадок. Ука занная схема позволяет резво снизить расход свежей воды.
В некоторых случаях извеотняк или известь могут быть заменены сорбентом, являющимся отходом отдельных произ водств. Так, в качестве сорбента предлагается использовать взвесь, получающуюся после флотации серусодержащей РУДЫ £ 517 . Эффективность указанного процесса была прове рена в ВНР в производственных условиях.
В настоящее время установлено £ 10 7, что природные доломиты имеют меньшую реакционную способность по отноше нию к sOg, чем известняк или известь. Присутствие в из вестняках природных солей магния снижает эффективность по глотителя, что, вероятно, связано с особенностями кристал лической структуры минералов. Однако искусственные добав ки соединений магния в абсорбент приводят к повышению эф фективности процесса /"13, 19, 20, 33, 34, 52-57_7.
В случае присутствия в абсорбенте Ы^) имеют место некоторые реакции, характерные для магнезитового метода. Образующийся бисульфит магния способствует увеличению скорости растворения известняка или извести.
Исследователями замечено, что присутствие некоторнх хорошо растворимых сульфатов (натрия, калия, лития, магния или атония) позволяет установить в растворе равновесие между сульфатом в еульфатом над осадками Са S 0^» 2HgQ и
Са aOg'C^SHgO. Хотя сульфат в данном случае участвует в реакциях поглощения в осаждения в незначательной степени,
14
однако его присутствие позволяет в существенной степени уменьшить вероятность зарастания технологического оборудо вания кристаллическими отложениями. Для практического при менения рекомендована известь или известняк с содержанием 5-6$ MgO С 58 , 597.
С целью усовершенствования известнякового метода очис тки и повышения его экономических показателей предложено вводить в абсорбент водорастворимые органические кислоты, которые имеют значение константы диссоциации выше, чем у угольной кислоты, но ниже, чем у сернистой £ 60-637* Од ной из таких кислот может быть бензойная кислота, изготов ляемая химической промышленностью в больших количествах.
На основе изучения равновесия и кинетики массопередачи в рассматриваемой системе £ 6 0 7 показано, что при аб сорбции s 02 предложенным поглотителем в абсорбере с под вижной шаровой насадкой диффузионное сопротивление процес су сосредоточено, в основном, в газовой фазе.
А
1
СаС03
№CBHSCOOH
И' |
1г - MnS04 |
Рис. |
5. Схема известняко |
вого метода с добавками в |
|||
do |
абсорбент бензойной кис |
||
|
4 |
|
лоты: |
|
3 |
I - абсорбер; 2 - брыэго- |
|
$ |
|
уловитель;' 3 - сборямк- |
|
|
нейтрализагор; 4 - аэра |
||
|
|
тор: 5 - узел вывода ги |
|
Воздух |
4 |
пса |
(центрифуга, фильтр |
или |
сгуститель) |
||
|
5 |
|
|
Гипс
На рис. 5 представлена принципиальная схема процесса, основанного на применении абсорбента с добавками бензой ной кислоты.
15
Другим вариантом усовершенствованного известнякового процесса является метод "Holtег" (ФРГ) f 3 , 64-70_7. Сущ ность метода заключается во введении в абсорбент дополни тельных количеств ионов кальция в воде хлорида. Опытная установка производительностью 125000 м3 газа в час функци онировала в течение нескольких тысяч часов на электростан ции, работающей нгКугле. Благодаря применению абсорбента, содержащего воны хлора, кристаллические отложения в аппа ратах не образуются.
При устойчивой очистке с эффективностью 95% гидравли ческое сопротивление аппаратуры не превышало 300 мм вод.от. Установка работала в режиме 50-110% от номинальной нагруз ки. В результате очистки получался гипс, содержащий
Са sO^* 2Н20, что обеспечивало безопасное его хранение в течение длительного времени (без загрязнения грунтовых вод сульфитом). На основании опытной проверки авторами сделан вывод о пригодности описанного метода для промыш ленного внедрения.-
Аналогичный процесс, известныйхв литературе под наз ванием метода "САЬ", разработан в Японии фирмой " Kobe Steel /"71, 72 J , Процесс основан на применении в качест ве абсорбента 30#-ного раствора СаС12 , содержащего 0,7- -0,8% растворенной гидроокиси кальция. Процесс проверен на установках производительностью 1000 и 50000 м3/ч. На предприятиях фирмы работают промышленные установки произ
водительностью 175000 и 350000 н^/ч, проектируется установ ка производительностью 900000 м^/ч. Получаемый на установ ке гипс обезвоживают и используют в качестве товарного п^одуу^а.
Одним из наиболее существенных недостатков методов, основанных на применении абсорбентов с высоким содержанием ионов хлора, является усиленная коррозия стальной аппара туры. Следует заметить, что по вопросу целесообразности использования указанных абсорбентов не имеется единой точ ки зрения. Так, американские исследователи, как уже указы
16
валось выше [ 33, 34 J , считают нежелательным присутствие
вабсорбенте высоких концентраций ионов хлора, что отрица тельно сказывается на эффективности процесса.
Для устранения недостатков, присущих классическому из вестняковому методу, в СССР, США и Японии предложено приме нение двухстадийного процесса /"47, 48, 60, 73-99 J , что позволяет увеличить степень извлечения sOg при одновремен ном увеличении коэффициента использования известняка или извести практически до 100$ => Яри этом в качестве продукта утилизации получается высококачественный гипс. На рис; 6
вкачестве примера представлена одна из схем двухступенча того известнякового метода очистки. Очищаемые газы проходят последовательно через два абсорбера. В первом по ходу газа абоорбере pH абсорбента поддерживается на уровне 3,5-4,5,
а во втором - 6,5-7,5.
Рис. 6. Схема двухступенчатого известнякового метода:
1 , 2 - абсорберы; 3 , 4 - циркуляционные сборники; 5 - подогреватель очищенного газа; 6 - дымовая труба; 7 - аэратор;
8 - узел вывода гипса
Указанные схемы получили наибольшее распространение
впромышленности Японии. Процесс, разработанный фирмой
"Mitsubishi Heavy Induetг.", ИСПОЛЬЗУвТСЯ 3 настоящее
17
время на принадлежащей фирме "Kansei Electric Power" ТЭС в г. Амагасаки (100000 иР /ч), а также на принадлежащей фирме ” Tokyo Electric PoweS* ТЭС В Г. Екосука (400000 М3/ч). В
1976 г. осуществлено строительство аналогичной установки производительностью 1,2 млн, м^/ч на ТЭС фирмы "Chubu
Slelctric Power" В Г. Оваса.
На заводе фирмы "Kawasaki Steel Согр,", Г. МидаУОИМа, сооружается установка, предназначенная'для очистки выбра
сываемых в атмосферу отходящих газов агломерационного аг регата. Производительность установка, расходы на сооруже ние которой составили 1б млн, долл., равняется750000 м3/ч. Другая подобная установка производительностью I млн, м3/ч введена в строй в 1975 г. В апреле 1974 г. в том же городе пущена в эксплуатацию установка по очистке дымовых газов
ТЭС.
Похожий процесс, разработанный.фирмой "Hitachi", осу ществлен в промышленном масштабе на установке производи тельностью 300000 м3/ч, предназначенной для очистки дымо вых газов ТЭС фирмы " Chugoku Electric Power*, г , МИДЗУСИ-
ма, |
а также на установке производительностью 1,2 млн. ьР/ч |
в г, |
Симоносеки. |
В работе / ‘91J описывается установка, предназначен ная для обработки отходящих дымовых газов ТЭС. мощностью 115 МВт,(фирма "Arizona Public Service", США), работающей на пылевидном угле, а также система очистки, разработанная фирмой "Heeearch-Ootreii" (США), успешно эксплуатируемая на ТЭС с декабря 1973 г.
Схема двухили трехступенчатой очистки, разработан ная з СССР £ 47, 48, 60, 73-77.7, отличается отсутствием дополнительного узла окисления (рис. 7) благодаря примене нию абсорбента, содержащего жидкофазный катализатор - сульфат марганца» Скорость окисления сульфата кальция в сульфат может быть рассчитана по следующему уравнению:
v = V, + v^= K-rcns03+ ,к2*^ h o £ co2' С Мп3о4»
где у- общая скорость реакции окисления, моль/л-ман;
18