Способ мокрой очистки дымовых газов в золоуловителях Советский патент 1987 года по МПК F23J3/00 

1

Изобретение относится к теплоэнергетическим установкам, в которых используется мокрая очистка дымовых газов от золы, в частности к способам повышения надежности и эффективности скрубберов, орошаемых оборотной осветленной водой путем предотвращения образования твердых отложений карбоната кальция (СаСОз).

Цель изобретения - повышение эффективности очистки газов от двуокиси серы

1290037

где Апр - приведенная зольность топлива,

о/ МДж/кг

(СаО)о-общее содержание СаО в золе, %. С целью сокращения времени контакта пульпы с газами интенсифицируют их перемешивание, например, барботируя газы через слой пульпы, а время контакта пульпы с газами первоначально выбирают равными

путем более полного выщелачивания золы. Q 15 мин. Это значение является средним для

Сущность способа заключается в следующем.

Отведенная из скрубберов использованная вода (гидрозоловая пульпа) контактирует с частью дымовых газов. Регулируется

золы топлив по опытным данным.

Для предотвращения отложений СаСОз достаточно нейтрализовать свободную окись кальция (СаО)св, содержащуюся в зоне, так как связанная СаО плохо растворима

их подача с обеспечением рН пульпы во вре- )5 и не представляет опасности с точки зрения

мя контакта в диапазоне значений 5,0-7,0 и периодически регулируется это время по показаниям рН-метра, установленного на линии оборотной воды.

образования отложений. Содержание (СаО)--в пропорционально квадрату общего содержания (СаО)о в золе. Кроме того, суммарное количество окиси кальция в золе

Благодаря растворению в пульпе угле- пропорционально приведенной зольности

кислоты, содержащейся в дымовых газах, и значительной только при рН 5 степени диссоциации Н2СОз, происходит подкисле- ние жидкой фазы пульпы с ростом ее би- карбонатной щелочности. Указанное под- кисление существенно интенсифицирует вы- 25 щелачивание золы, препятствуя росту рН. Однако если поступление СОа в раствор недостаточно, то реакция пульпы оказывается щелочной (рН 7,0) и интенсивность выщелачивания падает. Недостаточное поступление СО2 в раствор пульпы замедляет 30 и рост ее бикарбонатной щелочности, которая затем используется в оборотной орошающей воде для поглощения SO2. Поэтому следует регулировать расход газов, увеличивая его при рН 7,0 и уменьшая при рН -d 5,0.

При указанных условиях протекают следующие химические реакции:

С02 + Н2О Н2СОз -

СаО + (ОН)2

-f2(OH)топлива Апр. Следовательно, ко„тичество дымовых газов, необходи.мых для нейтрализации (СаО)си, пропорционально произведения (СаО)о и Аир:

g K-Anp-{CaO)g,

(2)

. Н+ + НСО з - +

где К - коэффициент пропорциональности.

Для определения значения коэффициента К был поставлен эксперимент с золой кузнецкого угля (Аир 0,72%/(МДж/кг), общее содержание СаО 5,8%).

В барботажный абсорбер заливали 3 л воды и засыпали золу из расчета 75 г/л, что соответствует реальным условиям работы скруббера. Пульпу продували через барботер дымовыми газами с давлением SO2 27 Па, характерном для продуктов сго- рания кузнецкого угля. Па продувку подавали различные расходы дымовых газов: 0,045; 0,09 и 0,35 м Уч на 1 л суспензии. Измерялось изменение во времени щелочности -жидкой фазы гидрозоловой пульпы.

Измерения показали, что высокие значения щелочности (в 4-5 раз больше по сравнению с щелочностью в режимах без продувки пульпы дымовыми газами) достигаются примерно через 15 мин, причем эффективность выщелачивания слабо зависит

40

Измерения показали, что высокие значения щелочности (в 4-5 раз больше по сравнению с щелочностью в режимах без продувки пульпы дымовыми газами) достигаются примерно через 15 мин, причем эффективность выщелачивания слабо зависит

Взаимная нейтрализация ионов водорода (Н+) и гидроксильных (ОН) обеспечивает стабильные значения рН раствора в диапазоне 5,0-7,0 при контакте пульпы с газами в установившемся режиме подачи 45 от количества пропускаемых дымовых газов последних. Однако при изменении режима в указанном диапазоне их удельных расхо- работы котла или качества топлива необ- дов. На этом основании удельный расход ходимо регулировать расход газов для обеспечения названных значений рН пульпы.

С целью скорейшего достижения стациодымовых газов принят ориентировочно 0,065 м Уч на один литр продуваемой суспензии. Доля расхода дымовых газов на

нарного режима процесса массообмена продувку (g, %) от общего расхода дымовых

пульпы с дымовыми газами первоначально (до начала регулирования) осуществляют подачу газов в количестве 2-6% от общего расхода уходящих газов, выбирая это количество по полученои авторами эмпирической где gup - удельный расход продуктов сгора(1)

формуле:

g 0,0134 А„р (CaO)g,

ния на продувку, - -- ;

1290037

где Апр - приведенная зольность топлива,

о/ МДж/кг

(СаО)о-общее содержание СаО в золе, %. С целью сокращения времени контакта пульпы с газами интенсифицируют их перемешивание, например, барботируя газы через слой пульпы, а время контакта пульпы с газами первоначально выбирают равными

15 мин. Это значение является средним для

золы топлив по опытным данным.

Для предотвращения отложений СаСОз достаточно нейтрализовать свободную окись кальция (СаО)св, содержащуюся в зоне, так как связанная СаО плохо растворима

и не представляет опасности с точки зрения

и не представляет опасности с точки зрения

образования отложений. Содержание (СаО)--в пропорционально квадрату общего содержания (СаО)о в золе. Кроме того, суммарное количество окиси кальция в золе

пропорционально приведенной зольности

пропорционально приведенной зольности

топлива Апр. Следовательно, ко„тичество дымовых газов, необходи.мых для нейтрализации (СаО)си, пропорционально произведения (СаО)о и Аир:

g K-Anp-{CaO)g,

(2)

где К - коэффициент пропорциональности.

Для определения значения коэффициента К был поставлен эксперимент с золой кузнецкого угля (Аир 0,72%/(МДж/кг), общее содержание СаО 5,8%).

В барботажный абсорбер заливали 3 л воды и засыпали золу из расчета 75 г/л, что соответствует реальным условиям работы скруббера. Пульпу продували через барботер дымовыми газами с давлением SO2 27 Па, характерном для продуктов сго- рания кузнецкого угля. Па продувку подавали различные расходы дымовых газов: 0,045; 0,09 и 0,35 м Уч на 1 л суспензии. Измерялось изменение во времени щелочности -жидкой фазы гидрозоловой пульпы.

Измерения показали, что высокие значения щелочности (в 4-5 раз больше по сравнению с щелочностью в режимах без продувки пульпы дымовыми газами) достигаются примерно через 15 мин, причем эффективность выщелачивания слабо зависит

от количества пропускаемых дымовых газов в указанном диапазоне их удельных расхо- дов. На этом основании удельный расход

от количества пропускаемых дымовых газов в указанном диапазоне их удельных расхо- дов. На этом основании удельный расход

дымовых газов принят ориентировочно 0,065 м Уч на один литр продуваемой суспензии. Доля расхода дымовых газов на

продувку (g, %) от общего расхода дымовых

газов через скруббер определяется по балансовому уравнению:

g l,67-gnpT,rq,(3)

ния на продувку, - -- ;

Tn - время пребывания суспензии под

продувкой, мин;

q - удельный расход воды на орошения скруббера-золоуловителя,л/м

Обычно q 0,15-0,2 л/м. При gnp

мин и q 0,2 л/м л

g 1,67-0,065-15-0,2 0,325%.

Отведенную из скруббера пульпу направляют в бак-выщелачиватель, представляющий собой секционированный барботер. Через этот барботер согласно формуле (1) пропускают 2-6% от общего расхода дымовых газов, отбирая их из газохода после дымососов и сбрасывая в газоход перед дымососами. На указанной линии рециркуляции дымовых газов устанавливают щибер, с помощью которого регулируют расход

Коэффициент К в уравнении (1) равен дымовых газов в барботер.

К

R

0,325

,, 0,0134.

А„р (СаОГо 0,72-(5,8) Окончательно g 0,0134 Апр (СаО)о.

Пример. На тепловой (ТЭС) перешли на сжигание кузнецкого угля с зольностью 18% и общим содержанием СаО в золе порядка 20%. На ТЭС установлены скрубберы-золоуловители, ороРегулируют подачу газов в барботер, увеличивая ее при росте рН пульпы в нем выще 7,0 и уменьшая при падении рН пульпы ниже 5,0. Обеспечивают первоначальное время контакта пульпы с газами в барботере,

электростанции 15 равное примерно 15 мии, путем включения в работу необходимого количества секций барботера, через которые проходит пульпа. Затем периодически, при необходимости после каждого периода оборотного цикла.

шаемые оборотной водой с золоотвала. Ее регулируют время контакта пульпы с газами.

рН достигает 12,0, вследствие чего орошающие устройства скрубберов интенсивно зарастают отложениями СаСОз. В результате резко падает эффективность скрубберов, а их слабоорошаемые стенки также интенсивно зарастают отложениями золы, что приводит к росту гидравлического сопротивления скрубберов и падению тяги котла.

В зависимости от вида сжигаемого топлива рН гидрозоловой пульпы на выходе из скруббера составляет 2,5-4,5. Ввиду высокого содержания СаО в золе низкой сер- 30 нистости кузнецкого угля рН пульпы на выходе достигает максимума названных значений, т. е. 4,5. Но даже при таких относительно высоких рН пульпы она содержит практически только физически растворенную углекислоту (СО) 2, десорбирующую на вы- 35 ходе из скруббера. Поэтому при выщелачивании золы, содержащейся в пульпе при ее транспорте на золоотвал и при осветлении пульпы на самом золоотвале происходит интенсивный рост рН жидкой фазы до зна- о чений ,0. Вследствие слабого поступления СО2 в жидкую фазу (только за счет атмосферной углекислоты) бикарбонатная щелочность осветленной на золоотвале воды оказывается низкой (порядка 2-3 мг-экв/л) Поэтому улавливание SO2 в скрубберах 45 происходит в основном за счет высокой гид- ратной щелочности (высоких рН), которая недопустима из-за роста отложений СаСОз.

Применение известного способа предупреждения отложений СаСОз дает ограниченный эффект - удается понизить рН оборотной воды до значений порядка 11,0. Следовательно, рост отложений полностью не прекращается. При снижении рН оборотной воды до 11,0 резко падает ее общая щелочность, что снижает поглощение SO2 в скруббере.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

изменяя количество работающих секций. При повышении рН оборотной воды до значений более 10,7 увеличивают время контакта, включая в работу секцию, при понижении рН этой воды до значений менее 25 8,0 уменьшают названное время, отключая секцию.

При выходе значений рН пульпы в барботере за пределы рекомендуемого диапазона 5,0-7,0 произойдет следующее.

Если , то диссоциация угольной кислоты становится настолько незначительной, что практически прекращается переход гидратной щелочности раствора, образующейся при выщелачивании золы, в бикар бонатную щелочность. Нейтрализация этой гидратной щелочности происходит только за счет окислов серы, содержащихся в дымовых газах. Поскольку концентрации окислов серы в дымовых газах значительно меньше, чем СО2, то режим свидетельствует о подаче в барботер нерационально больших количеств газа.

При щелочной реакции пульпы (рН 7) резко падает интенсивность выщелачивания золы в барботере, в результате чего основное выщелачивание происходит после барботера, с ростом рН оборотной воды до недопустимо высоких значений.

Тех нико-экономическое преимущество предлагаемого способа состоит в том, что его можно применить на электростанциях, сжигающих топливо с высоким содержанием СаО в золе (15-20% и более). Поскольку известные способы не обеспечивают предупреждения отложений СаСОз в орошающих устройствах скрубберов при таком содержании СаО в золе, то в этих случаях необходимо было бы устанавливать электрофильтры, что связано с болыиими капитальными затратами. Применение предлагаемого способа избавляет от этого недостатка как вновь строящиеся, так и действующие

50

55

Отведенную из скруббера пульпу направляют в бак-выщелачиватель, представляющий собой секционированный барботер. Через этот барботер согласно формуле (1) пропускают 2-6% от общего расхода дымовых газов, отбирая их из газохода после дымососов и сбрасывая в газоход перед дымососами. На указанной линии рециркуляции дымовых газов устанавливают щибер, с помощью которого регулируют расход

дымовых газов в барботер.

0 5 о 5

изменяя количество работающих секций. При повышении рН оборотной воды до значений более 10,7 увеличивают время контакта, включая в работу секцию, при понижении рН этой воды до значений менее 5 8,0 уменьшают названное время, отключая секцию.

При выходе значений рН пульпы в барботере за пределы рекомендуемого диапазона 5,0-7,0 произойдет следующее.

Если , то диссоциация угольной кислоты становится настолько незначительной, что практически прекращается переход гидратной щелочности раствора, образующейся при выщелачивании золы, в бикар бонатную щелочность. Нейтрализация этой гидратной щелочности происходит только за счет окислов серы, содержащихся в дымовых газах. Поскольку концентрации окислов серы в дымовых газах значительно меньше, чем СО2, то режим свидетельствует о подаче в барботер нерационально больших количеств газа.

При щелочной реакции пульпы (рН 7) резко падает интенсивность выщелачивания золы в барботере, в результате чего основное выщелачивание происходит после барботера, с ростом рН оборотной воды до недопустимо высоких значений.

Тех нико-экономическое преимущество предлагаемого способа состоит в том, что его можно применить на электростанциях, сжигающих топливо с высоким содержанием СаО в золе (15-20% и более). Поскольку известные способы не обеспечивают предупреждения отложений СаСОз в орошающих устройствах скрубберов при таком содержании СаО в золе, то в этих случаях необходимо было бы устанавливать электрофильтры, что связано с болыиими капитальными затратами. Применение предлагаемого способа избавляет от этого недостатка как вновь строящиеся, так и действующие

0

ТЭС. в последнем случае, используя предлагаемый способ, станция, на которой установлены мокрые золоуловители, может оперативно перейти на сжигание топлива с высоким содержанием СаО, не заменяя скруббера на электрофильтры. Кроме того, существенно повышается степень очистки газов от двуокиси серы в скрубберах без увеличения расходов воды.

Формула изобретения

1. Способ мокрой очистки дымовых газов в золоуловителях, орошаемых щелочной оборотной водой, включающий ограничение рН этой воды диапазоном значений 8,0- 10,7 путем регулируемого поглощения воДой,

Редактор Л. Пчелинская Заказ 7885/33

ВНИИПИ Государственного комитета СССР поделай изобретений и открытий

13035, Л1осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-по.лиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная. 4

циркулирующей в оборотном цикле кислых компонентов дымовых газов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки газов от двуокиси серы путем более полного выщелачивания золы, отведенную из скрубберов воду - гидрозольную пульпу, барботируют частью дымовых газов, обеспечивая рН пульпы при барботаже в пределах 5,0-7,0, а время пребывания пульпы под барботажем регулируют по показаниям рН- метра, установленного на линии оборотной воды.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расход газа (g) в начале барботирования равен g: 0,0134 Ллр(СаО), %, где Лпр - приведенная зольность топлива,

%(МДж/кг); СаОо - общее содержание СаО в золе, %.

Составитель Т. оОепахииа , Техред И. ВересКорректор Т. Колб

Тираж 495Подписное

Изобретение направлено на повышение эффективности очистки газов от двуокиси серы путем более полного выщелачивания золы. Для этого повышают бикарбонатную щелочность жидкой фазы гидрозоловой пульпы (П) путем организации регулируемого массообмена П с очищаемыми дымовыми газами, содержащими СОо. Для этого вытекающую из скруббера П в течение достаточно длительного времени контактируют с частью дымовых газов в специальном секционированном массообменнике (барботере). Время контакта регулируют по показаниям рН-метра, установленного на линии оборотной воды, за счет изменения числа работающих секций барботера. Количество газов, отбираемых из общего газохода, изменяется в пределах 2-6% от суммарного расхода, подаваемого на очистку. Расход газов, подаваемых на контактирование с пульпой, регулируют по показаниям рН-метра, установленного в барботере. Такая совокупность операций позволяет повысить бикарбонатную щелочность и поглотить повышенные количества SO2, поддерживая рН в пределах безопасных по условиям образования отложений, 1 3. п. ф-лы. (Л iNd О 00