способ улавливания золы из дымовых газов котельных установок

Формула изобретения

Способ улавливания золы из дымовых газов котельных установок, включающий химическое кондиционирование дымовых газов с введением реагента в виде SO₃ или сернокислой соли аммония в конвективный газоход котельной установки и осаждение золы в электрофильтре при пропускании через него кондиционированных дымовых газов, отличающийся тем, что реагент подают в зону с температурой дымовых газов более 900^oС, но не выше 1050^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно, к технологии электрогазоочистки дымовых газов от золы в котельных установках, работающих на твердом топливе, и может быть использовано, прежде всего, при сжигании углей с низким содержанием серы.

Эффективность электрогазоочистки, в первую очередь, определяется эффективностью работы электрофильтра, которая в значительной мере зависит от электрических параметров, в частности, удельного электрического сопротивления (УЭС) улавливаемых частиц. Одним из важнейших факторов, влияющих на величину УЭС золы, является содержание серы в сжигаемом угле.

Предшествующий уровень механики в области улавливания золы с возможностью корректировки электрических параметров улавливаемых частиц для обеспечения эффективной работы электрофильтра характеризуют следующие известные решения.

Известен способ улавливания золы в электрофильтрах котельных установок, при котором часть дымовых газов из конвективного газохода отводят в байпасный газоход с последующим их смешением с основной частью дымовых газов в газоходе, соединяющем воздухоподогреватель и электрофильтр. При этом в байпасный газоход вводят бисульфат аммония, что приводит к образованию на поверхности золы микродоз серной кислоты, снижающей УЭС частиц и, тем самым, к повышению эффективности улавливания золы при пропускании обработанных таким образом дымовых газов через электрофильтр [1]

Отвод дымовых газов в байпасный газоход вызван необходимостью устранить липкие отложения на конвективных поверхностях нагрева. в частности, воздухоподогревателя, которые образуются при введении бисульфата аммония. Однако эта мера, решая проблему отложений в конвективном газоходе, вызывает снижение экономичности котельной установки, поскольку отведенная в байпасный газоход часть дымовых газов не отдает своего тепла конвективным поверхностям нагрева. Кроме того этот способ связан с большими расходами бисульфата аммония.

Прототипом предлагаемого решения служит известный способ улавливания золы в котельных установках [2] при котором осуществляют химическое кондиционирование дымовых газов в конвективном газоходе введением в него SO₃ образующего реагента, в частности, сульфата аммония в зону температуры дымовых газов от 590 900^oC. Кондиционированный дымовой газ пропускают через электрофильтр, где происходит улавливание золы.

Введение сульфата аммония в конвективный газоход обеспечивает высокую эффективность улавливания золы без снижения экономичности котельной установки. Однако на базе золы и бисульфата аммония, образующегося в дымовых газах из аммиака и серной кислоты при температуре, ниже 300^oC, возникают отложения на конвективных поверхностях нагрева, что снижает их эксплуатационную надежность и эффективность теплоотдачи. Кроме того образующийся при термическом разложении сульфата аммония аммиак частично уносится дымовыми газами в атмосферу, что ухудшает экологическую ситуацию. Другой проблемой остается большой расход сульфата аммония.

Таким образом, ни один из известных способов не решает проблемы комплексно: эффективное улавливание золы, отсутствие отложений в конвективном газоходе без снижения при этом экономичности установки, экологичность, малые расходы реагента при кондиционировании.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в обеспечении одновременно оптимальных с точки зрения работы электрофильтра электрических параметров улавливаемых частиц золы, предотвращение отложений на конвективных поверхностях нагрева без снижения экономичности котельной установки, устранения выбросов аммиака при химической кондиционировании, а также уменьшение расхода реагента.

В предлагаемом способе улавливания золы из дымовых газов котельных установок, включающем, как и известный, химическое кондиционирование дымовых газов с введением в конвективный газоход котельной установки сернокислой соли аммония или SO₃ и улавливание золы в электрофильтре при пропускании через него кондиционированных дымовых газов, указанная техническая задача решается тем, что сернокислую соль аммония или SO₃ подают в зону с температурой дымовых газов более 900^oC, но не выше 1050^oC.

Созданная авторами расчетная модель подробного механизма химической кинетики взаимодействия продуктов горения топлива и SO₃ образующих веществ и проведенные исследования показали, что при температуре выше 900^oC и 1050^oC подача указанных веществ в количествах, характерных для химического кондиционирования вызывает дополнительно значительное образование серного ангидрида из серного газа SO₂, содержащегося в дымовых газах. Это позволяет соответственно уменьшить расход вводимого серного ангидрида или реагентов, его образующих в результате термического разложения, т. е. сернокислых солей. В качестве последних может быть использован как сульфат аммония.

Благодаря введению сульфата (бисульфата) аммония в зону более высоких температур в указанном выше диапазоне образовавшийся в результате разложения соли аммония аммиак преимущественно вступает во взаимодействие с оксидами азота NO_x, что приводит к образованию экологически безвредного молекулярного азота N₂ и паров воды и, как показали результаты проведенных исследований, обеспечивает практически полное расходование аммиака при его взаимодействии с оксидами азота. При этом, как показали результаты испытаний, устраняются отложения на конвективных поверхностях нагрева.

Приведенный ниже пример, не исчерпывая всех возможных вариантов, позволит дать более конкретное представление о предложенном способе.

Для иллюстрации способа на чертеже приведена схема котельной установки, в которой реализован предлагаемый способ.

Котельная установка содержит топку 1, к выходу которой подсоединен конвективный газоход 2 с установленными в нем конвективными поверхностями нагрева 3. К конвективному газоходу 2 подсоединен электрофильтр 4. Ввод 5 сернокислых солей аммония расположен в зоне с температурой t_д.г. дымовых газов в диапазоне 900^oC < t_д.г. < 1050^oC.

Дымовые газы от сгорания твердого топлива из топки 1 поступают в конвективный газоход 2, куда через ввод 5 от установки 6 химического кондиционирования подают сернокислую соль аммония, например, сульфат (бисульфат) аммония. В конвективном газоходе 2 происходит термическое разложение сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ на серный ангидрид SO₃ и аммиак NH₃.

Серный ангидрид образует на поверхности золы сернокислую пленку, снижающую УЭС устанавливаемой электрофильтром 4 золы, и тем самым, повышает эффективность ее осаждения. Другой продукт разложения сульфата (бисульфата) аммония аммиак преимущественно вступает во взаимодействие с оксидами азота с образованием молекулярного азота и паров воды.

Рассмотрим предлагаемый способ на конкретном примере сжигания низкосернистого (сернистость S^p 0-8%) угля с теплотой сгорания Q^р_н=1587 кДж/кг, зольностью А^p 40,9% влажностью W^р в котле производительностью 420 т пара в час.

В приведенной таблице даны результаты эффективности улавливания золы при различных температурных зонах введения сульфата аммония.

Анализ результатов испытаний, представленных в таблице, показывает, что введение SO₃ образующего вещества в более высокотемпературной зоне указанного диапазона действительно обеспечивает высокую эффективность осаждения золы в электрофильтре при практически полном отсутствии отложений на конвективных поверхностях нагрева, о чем свидетельствует стабильном аэродинамического сопротивления газохода, значительное уменьшение расхода реагента и выброса аммиака в атмосферу.