способ химического кондиционирования дымовых газов

Формула изобретения

1. Способ химического кондиционирования дымовых газов перед подачей их в пылеулавливающий электрофильтр, включающий каталитическое окисление содержащегося в них диоксида серы при определенном интервале температур в триоксид серы, отличающийся тем, что для каталитического окисления используют катализатор на основе активного угля с содержанием щелочных элементов менее 0,75% и со средним размером пор процесс ведут при 120 180^oС, а катализатор размещают непосредственно в основном потоке подаваемых на очистку дымовых газов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что высоту слоя катализатора в поперечном сечении потока обрабатываемых газов устанавливают неодинаковой, прямо пропорционально соответствующим значениям массовых скоростей газов в указанном потоке.

3. Способ по п.1 и 2, отличающийся тем, что катализатор выполняют в виде системы блоков с продольными сквозными каналами.

4. Способ по п.1 3, отличающийся тем, что слой катализатора размещают в газораспределительной камере электрофильтра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к очистке газов и может быть использовано на тепловых электростанциях и других промышленных предприятиях для химического кондиционирования дымовых газов перед их подачей в электрофильтры для очистки от золы и пыли.

Известен способ химического кондиционирования дымовых газов перед подачей их в пылеулавливающий электрофильтр путем впрыскивания в очищаемые газы водного раствора неорганических солей, представляющего собой смесь отработанного регенерационного раствора химической водоочистки котлов и воды от их продувки [1] Введение в дымовые газы указанных солей приводит к снижению удельного электросопротивления (УЭС) золы, что улучшает очистку в результате подавления обратного коронирования электродов электрофильтров.

Данный способ недостаточно эффективен и требует, кроме того, специального оборудования для накопления раствора упомянутых солей и спрыскивания его в обрабатываемые газы, причем процесс осуществляется дискретно с перерывами для накопления регенерационного раствора.

Как показали исследования, более существенное воздействие на уменьшение УЭС золы оказывает содержание в дымовых газах триоксида серы (SO₃). Это свойство использовано в другом известном способе химического кондиционирования дымовых газов перед подачей их пылеулавливающий электрофильтр путем повышения концентрации в очищаемых газах триоксида серы [2] Согласно этому способу товарный жидкий серный ангидрид из емкости хранения, в которой поддерживается температура, несколько выше точки его плавления, самотеком поступает в испаритель. Газообразный SO₃ смешивается перед подачей в газоход с сухим воздухом.

К недостаткам такого способа можно отнести, помимо необходимости периодического приобретения и доставки товарного продукта и установки специального оборудования для его испарения, практическую невозможность предотвращения образования серной кислоты на тракте транспортировки испаренного серного ангидрида от места подготовки до электрофильтра, что приводит к интенсивной коррозии оборудования.

Известен еще один способ химического кондиционирования дымовых газов перед подачей их в пылеулавливающий электрофильтр путем повышения концентрации в очищаемых газах триоксида серы [3] Конвертирование SO₂ в SO₃ осуществляется согласно этому способу горячим воздухом при 500^oC с использованием ванадиевого катализатора, после чего смесь горячего воздуха с SO₃ вводят в газоход непосредственно перед электрофильтром. Такой способ более надежен в отношении защиты от образования серной кислоты, но тоже связан с необходимостью использования исходного товарного продукта (элементарной серы или сжиженного диоксида серы) и, сверх того, горячего воздуха, что требует значительных затрат энергии и дорогостоящих легированных сталей для воздухопроводов и газоходов. Кроме того, два последних из описанных известных способов требуют введения в дымовые газы избыточного по сравнению с исходным количества газообразных сернистых соединений, часть которых (не адсорбированных золой) может увеличить концентрацию сернистых соединений в обеспыленных газах, сбрасываемых в атмосферу.

За прототип изобретения принят способ химического кондиционирования дымовых газов перед подачей их в пылеулавливающий электрофильтр, включающий каталитическое окисление содержащегося в них диоксида серы при определенном интервале температур в триоксид серы [4] Согласно этому способу часть дымовых газов из котельного агрегата отводят от общего потока при более высокой температуре (400-500^oC), по сравнению с температурой на входе в электрофильтр (150^oC), и пропускают через работающий в указанном диапазоне температур ванадиевый катализатор для окисления диоксида серы, после чего смешивают с основным потоком дымовых газов перед подачей его в электрофильтр.

Такой способ не требует приобретения исходного товарного продукта, но также обладает рядом недостатков, к которым можно отнести потерю экономичности, связанную с повышением температуры выбрасываемых в атмосферу дымовых газов, и недостаточную эффективность процесса из-за трудности организации равномерного смещения прошедшей обработку части газов с основным потоком и адсорбирования значительной части образующегося SO₃ частицами золы на тракте от катализатора до электрофильтра.

Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение экономичности и эффективности химического кондиционирования дымовых газов.

Согласно изобретению это достигается тем, что при осуществлении способа химического кондиционирования дымовых газов перед подачей их в пылеулавливающий электрофильтр, включающего каталитическое окисление содержащегося в них диоксида серы при определенном интервале температур в триоксид серы, для каталитического окисления используют катализатор на основе активного угла с содержанием щелочных элементов менее 0,75% и со средним размером пор 100-300 A, процесс ведут при 120-180^oC, а катализатор размещают непосредственно в основном потоке подаваемых на очистку дымовых газов.

Обеспечение указанного результата при использовании изобретения связано с тем, что каталитическое окисление производят в интервале температур, характерном для уходящих газов современных котельных агрегатов, без необходимости повышения этой температуры, что обеспечивается, как показали исследования, использованием в качестве катализатора активного угля с крупными порами. Таким образом достигается повышение экономичности способа. Что касается эффективности, то ее повышение при использовании изобретения связано с более равномерным распределением триоксида серы в дымовых газах при отсутствии необходимости перемешивания обработанного потока с основным (так как через катализатор пропускают весь направляемый на последующую очистку газовый поток), а также с возможностью уменьшить расстояние от места конвертирования SO₃ до электродов электрофильтра, что существенно уменьшает потери триоксида серы в результате его адсорбции золовыми частицами и предотвращает образование и выпадение в газовом тракте серной кислоты. Кроме того, возможные потери SO₃ из-за связывания его золовыми частицами многократно компенсируются его избыточной конверсией даже при низком содержании в дымовых газах диоксида серы за счет пропускания через катализатор всего объема дымовых газов. С точки зрения затрат увеличение потребного количества катализатора, по сравнению с прототипом, компенсируется существенно меньшей стоимостью активного угля в сравнении со стоимостью ванадия. Выбранный средний размер пор (100-300 A) позволяет, как показали исследования, с одной стороны предотвратить возникающую при меньшем их размере капиллярную конденсацию образующегося SO₃ в присутствии паров воды в порах активного угля, ведущую к блокировке этих пор с последующей дезактивацией катализатора, а с другой обеспечить достаточную каталитическую активность угля, существенно уменьшающуюся при размере пор более 300 A. Ограничение содержания щелочных элементов в активном угле связано с тем, что образующийся SO₃ химически реагирует в первую очередь с этими элементами с образованием сульфатов, не повышая эффективности золоулавливания.

В случае неравномерного распределения массовых скоростей потока дымовых газов по сечению газового тракта, высоту слоя катализатора в этом сечении устанавливают неодинаковой, прямо пропорционально соответствующим значениям массовых скоростей газов в указанном потоке. Такое решение позволяет обеспечить примерно одинаковое время пребывания газов в слое катализатора по всему поперечному сечению газохода для достижения максимально возможной равномерности распределения в дымовых газах триоксида серы.

Для удобства компоновки в газоходе катализатор выполняют в виде системы блоков, которые для снижения гидравлического сопротивления снабжены продольными сквозными каналами диаметром 3-20 мм.

Согласно изобретению катализатор наиболее целесообразно разместить в объеме газораспределительной камеры электрофильтра. Это до минимума сокращает коммуникационный тракт между местом конверсии триоксида серы и электродами электрофильтра, что практически исключает потери SO₃ и выпадение в названном тракте серной кислоты.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Дымовые газы, например уходящие газы энергетического котельного агрегата, направляют на пылеочистку в электрофильтр через газоход, все поперечное сечение которого перекрыто катализатором, выполненным на основе активированного угля пористой структуры со средним размером пор в пределах 100-300 При прохождении дымовых газов через катализатор в интервале температур 110-200^oC происходит взаимодействие присутствующих в нем диоксида серы и кислорода с образованием триоксида серы равномерно по всему поперечному сечению газового потока и при сравнительно небольшом гидравлическом сопротивлении слоя катализатора, что достигается блочной структурой катализатора с продольными сквозными каналами в блоках, распределением высоты слоя катализатора прямо пропорционально массовым скоростям газов в поперечном сечении газохода и размещением блоков катализатора непосредственно в распределительной газовой камере электрофильтра.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет производить эффективное и экономичное кондиционирование дымовых газов, направляемых в электрофильтры для очистки от частиц золы и пыли перед выбросом в атмосферу.

Пример осуществления предлагаемого способа. Для котельного агрегата с паровой производительностью 300 т/ч, сжигающего экибастузский уголь при температуре уходящих газов 150^oC, содержание диоксида серы в дымовых газах составляет 700 ppm, а триоксида серы 5 ppm.

Для дополнительного каталитического окисления содержащегося в дымовых газах двуоксида серы в триоксид серы используют крупнопористый активный уголь с размерами пор 100-300 и содержанием щелочных элементов 0,6% который располагают по всему поперечному сечению газораспределительной камеры электрофильтра в виде прямоугольных блоков с продольными осевыми каналами в них диаметром 10 мм. Предварительно измеряют распределение массовых скоростей газов по указанному сечению. В соответствии с характером этого распределения высоту слоя катализатора в поперечном сечении потока обрабатываемых газов устанавливают прямо пропорционально ординате эпюры распределения указанных скоростей путем установки в соответствующих местах по площади катализатора блоков различной высоты.

Гидравлическое сопротивление слоя блочного катализатора составляет при этом приблизительно 100 Па. Концентрация SO₃ в дымовых газах возрастает с 5 до 50 ppm. Эффективность золоулавливания при такой обработке дымовых газов увеличивается до 99,4% (относительный выброс летучей золы в атмосферу 0,6%). До обработки эти значения составляли соответственно 97,5 и 2,5% (эффективность возрастает более, чем в 4 раза).

Источники информации:

1. Авторское свидетельство СССР N 144051, кл. B 01 D 51/10, 1986.

2. Кропп Л. Н. Шмиголь И. Н. Интенсификация работы электрофильтров ТЭС кондиционированием газов. Минэнерго СССР. Учебное пособие. М. 1989, с. 68-71.

3. Кропп Л. Н. Шмиголь И. Н. Интенсификация работы электрофильтров ТЭС кондиционированием газов. Минэнерго СССР. Учебное пособие. М. 1989, с. 72-74.

4.Патент США N 5011516, кл. B 03 C 1/00, 1991.