Обезвреживание вредных выбросов

Остановимся кратко на очистке дымовых газов от твердых вы­бросов - летучей золы. Применяемые в настоящее время устройства по очистке от твердых выбросов - золоуловители можно классифици­ровать по физическим явлениям, обуславливающим выделение частиц золы из газового потока. В соответствии с основными силами, кото­рые в процессе улавливания действуют на частицу золы, существую­щие золоуловители деля на три основные группы /5, 6/:

1) сухие инерционные золоуловители, в которых взвешенные частицы отделяются от газа при помощи инерционных или центробеж­ных сил. К ним относятся гравитационно-инерционные (осадительные камеры, инерционные уловители, циклоны) и фильтрующие (волокнис­тые, тканевые и зернистые фильтры);

2) мокрые золоуловители, в которых взвешенные частицы отделяются от газа путем промывки или орошения их водой, или путем улавливания частиц на водяной пленке. Бывают промывные (форсуночные скрубберы, скрубберы Вентури, динамические газопромыватели) и жидкостные (центробежные аппараты, ударно-инерционные, пенные);

3) электрофильтры, в которых взвешенные частицы отделяются от газа под действием электрических сил, к ним относятся однозонные (сухие пластинчатые с горизонтальным и вертикальным ходом га­зов, мокрые трубчатые и пластинчатые однозонные и двухзонные (зона зарядки и зона осаждения).

В настоящее время для мощных блоков в отечественной и зарубеж­ной практике для очистки дымовых газов ТЭС от летучей золы приме­няются сухие методы очистки - почти исключительно электрофильтры. Для котлоагрегатов малой и средней мощности (до 200 МВт) в оте­чественной энергетике широко используются мокрые методы очистки, обладающие рядом достоинств, к которым относятся сравнительно небольшая стоимость и более высокая эффективность улавливания взвешен­ных частиц по сравнению с сухими механическими аппаратами, а так­же возможность одновременного улавливания со взвешенными части­цами газообразных компонентов, в частности, окислов серы, что, как указывалось ранее, является не менее важной проблемой в охране воздушного бассейна от загрязнений ТЭС.

Процессы очистки газов от двуокиси серы можно классифициро­вать по двум различным принципам, разделяя их на необратимые и обратимые, а также мокрые и сухие. В необратимых процессах обра­зуются твердые отходы, содержащие Са, которые затем удаляются. Поэтому в таких процессах необходим непрерывный приток новых ре­агентов. Продукты процесса обычно представляют собой S или H₂SO₄.

В обратимых процессах химическое вещество, обеспечи­вающее удаление серы, непрерывно регенерирует в замкнутой систе­ме. Системы очистки, как правило, основаны на абсорбционных, ад­сорбционных или каталитических процессах. Необратимые процессы мо­гут быть использованы для удаления взвешенных частиц (сажи), если система на это рассчитана. В некоторых обратимых процессах исполь­зуются электрофильтры, которые устанавливаются вместе с оборудо­ванием для удаления SО₂, так как взвешенные частицы мешают нор­мальному протеканию процесса.

Методы сухой очистки основаны на улавливании серы сорбентами, например, активированным углем, полукоксом или окислами различных металлов (Al, Mn, Fe, Сu, К), которые при контакте с окислами серы либо растворяют их без химического взаимодейст­вия, либо вступают в реакцию, образуя химическое соединение. Для ускорения процесса к сорбентам могут быть добавлены различные ак­тивизирующие присадки.

Основное преимущество сухих методов заключается в том, что газы в процессе очистки не охлаждаются; это улучшает их рассеи­вание в атмосфере. Степень очистки здесь достигает 80-90%. (" Мицубиси" - сухая очистка дымовых газов от SО₂ активированной окисью марганца - степень до 90% /8/). Методы каталитического окисления основаны на окислении SО₂ в присутствии катализатора с последующим образованием серной кислоты. Катализаторами могут служить ионы металлов Cu²⁺, Fe³⁺ и т.д.

На ТЭС Вуд Ривер (США.) в качестве катализатора используется пятиокись ванадия, степень извлечения SО₂- 80%, концентрация получаемой кислоты - 80% /9/.

Окисно-марганцевый метод основан на применении порошкообраз­ной двуокиси марганца, которая вводится в поток отходящих газов для абсорбции SО₂. Образовавшийся сульфат марганца улавливается в электрофильтре и обрабатывается далее аммиачной водой для регенерации абсорбента и получения сульфатоаммония в качестве полезного продукта /9/. Процесс испытан в промышленных масштабах. По этому методу в Японии работают две установки. Степень улавли­вания SО₂- 90%.

Весьма перспективен сухой метод очистки дымовых газов от SО₂ b скрубберах, где в качестве сорбента используется из­весть (точнее раствор гашеной извести). Дымовые газы смешиваются с сорбентом. В этом процессе происходит испарение капель раствора гашеной извести и реагент вступает в реакцию с SО₂, образуя сухие порошки сульфата (CaSO₄ ) и сульфита (CaSO₃)кальция. При этом тепла дымовых газов вполне хватает для этих процессов, Часть порошков оседает в скрубберах и удаляется, оставшаяся часть идет в рукавные фильтры или циклоны для дальнейшего их полного удаления. Эффективность удаления SО₂ составила 78% /10/.

В США запатентован способ контактирования дымовых газов с активированным углем при t = 100-200°С. При этом SО₂ окисляет­ся присутствующим в газе кислородом до SO₃, который, реагируя с водяными парами превращаются в серную кислоту. Активированный уголь с адсорбированной на нем серной кислотой обрабатывается аммиаком. Образуется сульфат аммония. Регенерированный уголь после промывки водой и сушки используется для повторной сорбции. Эффек­тивность этого метода составляет более 95%/1/. Однако, для боль­шинства сухих методов требуются дорогостоящие и дефицитные актив­ные адсорбенты. Эти методы сложны, кроме того, они требуют боль­ших капитальных и эксплуатационных затрат /5/.

В настоящее время известно свыше 200 методов мокрой очистки, однако, на практике нашли применение лишь некоторые из них. Это, как указывалось ранее, связано с тем, что объемы отходящих газов велики, концентрации в SО₂ малы, а газы характеризуются высо­кой температурой и значительным содержанием пыли. Многие методы находятся еще в стадии разработки. В качестве абсорбентов в хемосорбционных методах могут быть использованы вода, водные раст­воры и суспензии солей щелочных и щелочноземельных металлов.

В связи с низкой растворимостью диоксида серы для очистки водой требуется ее большой расход и абсорберы с большими объемами. Одним из эффективных хемосорбционных методов является сульфит-бисульфитный метод Веллман-Лорд, по которому очищенный от воды и сажи дымовой газ контактирует в противоточном абсорбере с раствором сульфита натрия, в результате чего образуется сульфат-бисульфат натрия, который далее при нагревании разлагается на сульфит нат­рия и двуокись серы. Таким образом, товарным продуктом является 100%-ный сернистый ангидрид, побочным продуктом - сульфит и сульфат натрия. Степень очистки газов от SО₂ в этом случае состав­ляет 90% /5/.

Наиболее широко известными методами являются известняковые и известковые. Достоинством этих методов является простая технологическая схема, низкие эксплуатационные затраты, доступность и дешевизна сорбента, возможность очистки газа без предварительно­го охлаждения и обеспыливания. В этом случае процесс абсорбции диоксида серы осуществляется в несколько стадий, протекание ко­торых зависит от состава и рН суспензии. Присутствие в растворе различных примесей значительно усложняет процесс абсорбции. На­пример, действие небольших количеств сульфата магния повышает степень очистки и степень использования известняка. Однако, из­вестковые и известняковые методы обладают следующими недостатками: происходит зарастание систем отложениями гипса, коррозия и эрозия оборудования, брызгоунос из абсорберов, образование осадков.

Кроме того, несмотря на то, что более 90%действующих установок мокрого сероудаления относятся к последним двум типам (суфит-бисульфитному и известково-известняковому), оба метода до­вольно дорогостоящие. Увеличение капитальных затрат при этом составляет 150-200% /5/.

Наиболее перспективными методами в нашей стране являются аммиачно-циклический и магнезитовый, а также методы, основанные на, использовании щелочных сточных вод предприятий. Суть магнезитового метода заключается в следующем: окись магния связывают с SО₂ в сульфит магния, который при нагревании разлагается на окись маг­ния, возвращаемую для поглощения SО₂, и концентрированный сер­ный ангидрид, перерабатываемый затем в серную кислоту или серу.

В последнее время большое внимание привлекают скрубберные способы очистки дымовых газов от окислов серы и пыли совместно. Такие схемы обладают тем свойством, что не требуется значительных капитальных затрат на сооружение специальных узлов сероочист­ки. Весьма интересный способ очистки от SО₂ предлагается в США. Суть его заключается в том, что для связывания серы исполь­зуются окислы щелочноземельных металлов, входящих в минеральную часть углей. Соотношение CaO + MgO и S разных углей различное и в общем случае недостаточное для полной очистки от SО₂. Но при благоприятной величине этого показателя это обстоятельст­во имеет смысл использовать. В США работает более 10 таких ус­тановок, в которых высокое содержание Ca и Mg в угле исполь­зуется для сокращения расхода попутного известняка /12/. Однако, использование осветленной воды после золоотвала на орошение газа в абсорбере не позволяет полностью использовать щелочные свойст­ва золы для поглощения двуокиси серы. Кроме того, при сжигании углей с высоким содержанием Caиспользование осветленной воды приводит к перенасыщению ее труднорастворимыми солями кальция, ко­торые впоследствии оседают в системах МЗУ и ГЗУ в виде трудноудаляемых минеральных отложений.

Перспективным, на наш взгляд, является способ, предложенный в КазНИИЭнергетики /13/, основанный на дополнительном увеличении щелочности орошающей воды при продувке золо-водяной пульпы дымо­выми газами, содержащими СО₂. При этом, без значительных ка­питальных затрат на реконструкцию существующего золоулавливающего оборудования достигается высокая щелочность исключительно за счет более полного использования щелочных свойств золы. В ряде случаев для установок средней и малой мощности этот способ явля­ется альтернативным известково-известняковому методу с точки зре­ния охраны окружающей среды.