способ очистки дымовых газов от диоксида серы

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ДИОКСИДА СЕРЫ, включающий сухую очистку от золы, гидрозолоудаление оборотной водой с выводом образовавшейся пульпы золы и шлака на осветление и в отстойный пруд золоотвала, подачу осветленной щелочной воды из отстойного пруда на орошение очищенных от золы дымовых газов, отличающийся тем, что, с целью предотвращения инкрустации оборудования отложениями солей за счет снижения жесткости воды, орошающей дымовые газы, воду после орошения дымовых газов отводят в тот же отстойный пруд на смешение с осветленной водой и орошение дымовых газов ведут при следующем расходе смешанной воды:

Q_co = ( Q_гзу Ж_гзу + Q_гC ) /

/ ( 2Щ_см- Ж_см) ,

где Q_со - расход смешанной воды на орошение, м³/ч;

Q_гзу - расход смешанной воды на гидрозолоудаление, м³/ч;

Ж_гзу - жесткость воды после осветления, г-экв/м³;

Q₂ - расход очищаемых от диоксида серы дымовых газов, м³/ч;

C - снижение концентрации диоксида серы при очистке, г-экв/м³;

Щ_см и Ж_см - щелочность и жесткость смешанной воды, подаваемой на орошение и гидрозолоудаление, г-экв/м³.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике и касается способов очистки дымовых газов от диоксида серы с помощью оборотных систем гидрозолоудаления.

Известен способ сероочистки с помощью мокрых золоуловителей, орошаемых оборотной водой системы гидрозолоудаления [1].

Недостатком известного способа является интенсивное обрастание самих мокрых золоуловителей при улавливании щелочных зол, дающих при транспорте их в системах гидрозолоудаления высокую величину рН (>11). С другой стороны, только такие золы и высокощелочная оборотная вода в системах гидрозолоудаления могут дать высокий эффект серопоглощения (>90%).

Известен способ повышения степени очистки дымовых газов от диоксида серы и предотвращения обрастания за счет дополнительной обработки гидрозольной пульпы дымовыми газами [2].

Недостатком указанного способа является незначительное повышение эффективности сероулавливания при резком усложнении системы гидрозолоудаления. При этом способе остается ограничение по применению наиболее эффективных для сероочистки высокощелочных зол таких топлив, как сланцы, бурые угли Канско-Ачинского и Ангренского бассейнов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ очистки от диоксида серы дымовых газов, предварительно очищенных от золы, щелочной оборотной водой системы гидрозолоудаления с величиной рН > 10, осветленной и собранной в отстойном пруду [3].

Недостатком известного способа является отложение солей на оборудовании из-за высокой жесткости щелочной оборотной воды.

Цель изобретения - предотвращение инкрустации оборудования отложениями солей за счет снижения жесткости воды, орошающей дымовые газы.

Цель достигается тем, что в способе очистки дымовых газов от диоксида серы, включающем орошение щелочной водой системы гидрозолоудаления, воду на орошение очищенных от золы дымовых газов подают после смешения в отстойном пруду золоотвала стоков сероочистки с осветленной от золы водой гидрозолоудаления, причем расход смешанной воды, направляемой на орошение Q_СО, определяют из соотношения:

Q_СО ,

(1) где Q_ГЗУ - расход смешанной воды, направляемой на смыв и транспорт золошлаков, м³/ч; Ж_ГЗУ - жесткость воды после осветления золошлаковой пульпы, г-экв/м³; Q_Г - расход очищаемых от диоксида серы дымовых газов, м³/ч; C - снижение концентрации диоксида серы при очистке, г-экв/м³; Ш_см и Ж_см - щелочность и жесткость смешанной оборотной воды при подаче на орошение и смыв, г-экв/м³.

Сущность предлагаемого способа состоит в снижении концентрации кальция в воде гидрозолоудаления до подачи ее на сероочистку.

Это достигается смешением стока сероочистки с водой, осветленной от транспортируемой золы.

Как видно из формулы, при необходимости повышения эффективности сероулавливания, что достигается увеличением орошения дымовых газов, можно увеличить расход воды на гидрозолоудаление (снизить консистенцию пульпы), так как выщелачивание высокощелочных зол ограничено пределами растворимости гидроксида кальция. Из этой же формулы следует, что при внедрении предлагаемого способа на новых ТЭС, где жесткость осветленной воды выше щелочности, ограничения расхода на орошение сероочистки практически не будет.

Нам неизвестно использование оборотной системы гидрозолоудаления совместно с мокрой сероочисткой, обеспечивающееся смешением стока сероочистки с осветленной водой гидрозолоудаления. При этом количество смешиваемых вод должно быть вполне определенным и соответствовать вышеприведенной формуле. Предлагаемые признаки являются новыми и соответствуют критерию "Существенные отличия".

На чертеже приведена схема осуществления предлагаемого способа.

Смешанная вода в отстойном пруду золоотвала осветляется от образовавшихся при смешении карбоната и сульфата кальция и направляется к главному корпусу ТЭС. Здесь весь расход смешанной воды делится на 2 части. Меньшая часть общего расхода, определяемая вышеприведенной формулой, подается на аппараты сероочистки, там абсорбирует диоксиды серы и углерода, а также улавливает остаточную после сухих золоуловителей высокодисперсную золу.

Выходящий из аппаратов сток сероочистки собирается в специальном зумпфе и насосом перекачивается на золоотвал по отдельному трубопроводу. На золоотвале выход стока сероочистки распределяется в отстойном пруду золоотвала. Экономически наиболее целесообразной выглядит подача стока в зумпф насосов, перекачивающих золошлаковую пульпу, однако это недопустимо, так как реакция образования и осаждения карбонатов и сульфатов кальция будет происходить в насосах и трубопроводах и выведет их из-за обрастания из строя в кратчайшие сроки.

Основная часть смешанной воды направляется по обычной схеме гидрозолоудаления на смыв, побуждение и транспортирование золошлаков. При этом смешанная вода, имеющая пониженные концентрации гидроксида кальция, дополнительно выщелачивает его из золы так, что концентрация гидроксида кальция в золошлаковой пульпе не только достигает пределов насыщения (около 40 г-экв/м³), но и превышает их, доходя до 55 г-экв/м³. В золоотвале на пляже намыва пульпа, в основном, осветляется, что позволяет отделить значительное количество нерастворившегося гидроксида кальция. При организации смешения на выходе из пульпопроводов эта часть также будет растворяться, препятствуя снижению концентрации кальция в смешанной воде, что является основной задачей. Как показывает расчет, этот вариант приемлем только для среднещелочных зол, содержащих не более 3% свободного оксида кальция (ряд сортов фрезерного торфа и углей Кузнецкого бассейна).

Осветленная вода гидрозолоудаления и сток сероочистки смешиваются в отстойном пруде золоотвала. При этом при организации смешения необходимо соблюсти два условия. Первое: смешение должно быть организовано достаточно далеко от водозабора, чтобы кристаллизующиеся карбонат и сульфат кальция потеряли адгезионную активность (по нашим исследованиям около 0,5 ч). Второе: смешение организуется в приблизительно аликвотных количествах. Оба этих условия легко выполнимы в современных оборотных системах гидрозолоудаления, имеющих пруды осветленной воды в десятки часов отстоя и фактически два типа намыва золоотвала: с круговым намывом и с первичным и вторичным прудами. В первом случае трубопровод стока сероочистки делается также круговым, а выпуски из него делаются рядом с выпусками золошлаковой пульпы, длиннее последних приблизительно на 30-50 м и снабжаются запорно-регулирующей арматурой. Во втором привязываются к выпускам перепускных колодцев из пруда первичного отстоя в пруды вторичного отстоя. В обоих случаях переключение и регулирование стока сероочистки осуществляется одновременно либо с открытием-закрытием выпусков золошлаковой пульпы, либо с подъемом-опусканием шандоров на перепускных колодцах.

П р и м е р. На тепловой электростанции (ТЭС), сжигающей сланцы и имеющей оборотную систему гидрозолоудаления, транспортирующую золошлаки, уловленные сухой газоочисткой (циклоны и четырехпольные электрофильтры), дымовые газы содержат диоксид серы в среднем 1,3 г/нм³. В соответствии с новыми нормами эта величина должна быть не выше 0,4 г/нм³. Золошлаковые отходы содержат в среднем 20% свободного оксида кальция. Вода системы гидрозолоудаления в зависимости от сезона имеет общую щелочность (Щ) 70-110 г-экв/м³, жесткость 15-55 г-экв/м³, концентрацию сульфат-ионов 60-70 г-экв/м³, величину рН 12,6-13,05, общее солесодержание свыше 12 кг/м³ (см. таблицу, где показано реальное изменение минерализации в системе гидрозолоудаления конкретной ТЭС). Кроме того, в воде системы ГЗУ содержится ряд других ионов и химических соединений, не допускающих ее сброса в естественные водоемы. Поэтому известный способ здесь не применим. Возможно применение известного известкового метода, удешевленного применением золы вместо извести (станция имеет сухую золоотгрузку в народное хозяйство до 40% общего количества золошлаковых отходов). Однако при 20% содержании извести в материале потребуется мощный смесительный узел и хранилище для золо-гипсовых отходов.

На сероочистку подается 6 млн м³/ч дымовых газов из общего расхода 8 млн м³/ч, что обеспечивает концентрацию 0,4 г/м³ в суммарном выбросе при легко обеспечиваемой концентрации 0,1 г/м³ в очищенных газах. Это же позволяет неочищенной четвертью общего расхода подогреть суммарный выброс для предотвращения конденсации в дымовой трубе. Таким образом для расчетов принят расход очищаемых газов 610⁶ м³/ч и снижение концентрации диоксида серы в очищаемых газах (1,3-0,1) =1,2 г/м³(0,037 г-экв/м³).

Сероочистка начинает функционировать летом, когда в воде системы ГЗУ минимальное содержание гидроксида кальция (см. таблицу), так как емкость отстойного пруда около 6 млн м³, то при расходах на систему ГЗУ 16 тыс. м³ и 6 тыс. м³ на сероочистку полный водообмен произойдет более, чем за 270 ч. Это значит, что первые несколько дней на сероочистку будет поступать практически несмешанная вода ГЗУ и при наличии в ней высокой жесткости аппараты сероочистки будут обрастать. Максимально допустимый расход воды на сероочистку в начальный период определяется по формуле (1):

Q = = 6.0210³ м³/ч Принимают 6000 м³/ч, что дает величину орошения 1 л/м³, вполне достаточную для обеспечения концентрации диоксида серы в очищенных газах не выше 0,1 г/м³.

Осветленная вода из отстойного пруда расходом 22 тыс. м³/ч по каналу осветленной воды поступает на станцию, где разделяется на 2 потока: 16 тыс. м³/ч подаются на смыв и транспорт золошлаков, а 6 тыс. м³/ч на орошение дымовых газов, прошедшие штатную очистку от злы. Золошлаковая пульпа поступает на золоотвал, осветляется от золы и через перепускные колодцы сбрасывается в отстойный пруд. Как видно из таблицы, в этой воде повышаются жесткость и щелочность за счет выщелачивания оксида кальция, содержащегося в золошлаках.

Сток, выходящий из аппаратов сероочистки, собирается в специальном приямке и насосами перекачивается на золоотвал к выпускам перепускных колодцев. Выпуски из этого трубопровода организуются таким образом, чтобы образовывался смешанный поток двух стоков. В смешанном потоке протекают реакции, при которых происходит осаждение карбоната и сульфата кальция и тем самым резкое снижение концентрации кальция (жесткости). Модельный эксперимент и расчеты показали, что в течение месяца состав воды в отстойном пруде стабилизируется с резким снижением щелочности, повышением концентрации сульфатов и небольшим снижением жесткости (см. таблицу). Причем снижение щелочности и жесткости определяется осаждением карбоната кальция, а стабилизация роста сульфат-ионов и пониженной жесткости - выпадением сульфата кальция (гипса). Осенью, весной, когда благодаря пониженной температуре повышается растворимость гидроксида кальция, т.е. выщелачивание оксида кальция из золошлаков, жесткость, щелочность и концентрация сульфатов остаются практически на прежнем уровне за счет некоторого увеличения щелочности в смывной воде, подаваемой на орошение дымовых газов, и повышения концентрации гидрокарбонат-ионов, что приводит к увеличению выпадения карбоната кальция (мела). Таким образом, в дальнейшем система сама себя стабилизирует.

Как видно из таблицы, в смешанной воде жесткость не будет повышаться выше 20 г-экв/м³, и тем самым оборудование сероочистки не будет обрастать. Кроме того, после стабилизации химического состава воды в совместной оборотной системе максимально допустимый расход смешанной воды на сероочистку Q_CO резко повысится: до 16 тыс. м³/ч летом и 18 - зимой. Таким образом появляется возможность увеличить величину орошения дымовых газов и при необходимости повысить степень их очистки от диоксида серы.

Образовавшиеся в смешанном потоке мел и гипс выпадают совместно с остаточной золой, уловленной в аппаратах сероочистки, в отстойном пруде в количестве до 40 т/ч (0,25 млн т/ч). При площади отстойного пруда оборотной системы гидрозолоудаления около 250 га это количество уложится не более, чем на 5 см/ч, т.е. не создаст ТЭС дополнительных проблем. Так как выпуски из трубопровода совмещены с перепускными колодцами, то рабочий одновременно с поднятием-опусканием шандоров на колодце откроет-закроет задвижки на выпусках.

Реализация предлагаемого способа позволяет с минимальными затратами и высокой надежностью резко снизить степень загрязнения окружающей среды тепловыми электростанциями, сжигающими твердые топлива с высоко- и среднещелочными золами, такими как сланцы, бурые угли Канско-Ачинского бассейна, Ангренского месторождения и других.