Способ удаления оксидов серы из топочных газов и установка для его осуществления - RU2040960C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способам удаления оксидов серы из топочных газов.

Кроме того, изобретение относится к устройствам, предназначенным для реализации указанного способа.

Описано техническое решение [1] согласно которому топочные газы подают в газоочиститель, в котором в топочные газы впрыскивают раствор, содержащий соединения натрия. Раствор, содержащий соединения натрия, реагирует с диоксидом серы, образуя сульфит натрия и сульфат натрия, которые поступают в растворе при его течении вниз к нижней части газоочистителя и затем оттуда в смесительный реактор. В смесительном реакторе известь смешивается с раствором, который вышел из газоочистителя, после чего образовавшийся раствор с примесью извести подают в сгустительное устройство. Известь вызывает реакцию, которая приводит к образованию щелочного раствора, содержащего твердые соединения кальция и натрия. В сгустительном устройстве зольная пыль и образовавшийся сульфат кальция отделяются от щелочного раствора, который рециркулирует в башню газоочистителя для впрыскивания.

Способ, описанный в [2] также основан на газоочистителе и, с другой стороны, похож на описанный выше, за исключением того, что известь также подается в котел. Наиболее близким к заявленному способу является известный способ удаления оксидов серы из топочных газов, включающий подачу в топочные газы извести с получением пылеобразных продуктов реакции, впрыскивание водной среды в виде раствора гидроксида или карбоната натрия и пылеулавливание с помощью электрофильтра [3] Повышенный расход щелочного реагента в известном способе связан с отсутствием рециркуляции.

Наиболее близкой к заявленному устройству является известная установка для удаления оксидов серы из топочных газов, содержащая реактор в виде распылительной сушилки с форсункой для впрыска водного щелочного раствора и пылеуловитель в виде газового фильтра. Пылеуловитель на выходе пылеобразных твердых веществ соединен со смесительным баком, снабженным патрубком подачи водного щелочного раствора. Предусмотрен также узел отработки твердых продуктов очистки водой и кислородом воздуха, узел получения гипса и узел получения раствора карбоната-бикарбоната натрия [4] Наличие вышеупомянутых узлов усложняет эксплуатацию установки.

Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для удаления соединений серы из топочных газов, с помощью которого достигается эффективная очистка топочных газов и который не сложен в реализации. Способ, являющийся предметом настоящего изобретения, отличается тем, что вода и щелочное соединение натрия смешивают с пылеобразными твердыми веществами, отделенными от топочных газов с образованием смеси, в которой известь, сера и часть соединений натрия реагируют, образуя новые твердые продукты реакции, а оставшаяся часть соединений натрия обpазует гидроксид натрия с водой, а также тем, что твердые вещества отфильтровывают от получившейся смеси и тем, что по крайней мере часть раствора гидроксида натрия в виде фильтрата возвращают для впрыскивания в топочные газы. Устройство, являющееся предметом настоящего изобретения, включает в себя распылительную сушилку с форсункой, смесительный бак, где отделенные твердые вещества смешиваются с водой и соединением натрия и фильтр для отфильтровки получившихся твердых веществ от образовавшегося щелочного раствора, содержащего гидроксид натрия, и средства для подачи по крайней мере части раствора гидроксида натрия в реактор для впрыска.

В отдельный реактор, куда подают топочные газы, содержащие оксид кальция, впрыскивается вода в виде щелочного раствора, содержащего ионы натрия, т. е. предпочтительно в виде водного раствора гидроксида натрия или гидроксида натрия и карбоната натрия, так что раствор, содержащий натрий, реагирует с оксидами серы и образующиеся в результате твердые вещества удаляют из реактора в сухом пылеобразном виде, после чего они могут быть отделены с помощью электростатического осадителя из топочных газов и возвращены в процесс реакции, в котором воду и требуемое количество так называемого компенсационного натрия смешивают с извлеченными пылеобразными частицами в смесительном баке, где из него снова образуется раствор гидроксида натрия, после чего раствор гидроксида натрия, содержащий твердые вещества, фильтруют с целью удаления твердых веществ из раствора, а гидроксид натрия повторно впрыскивают в реактор.

Изобретение поясняется фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 схематично показана установка, реализующая способ.

Установка содержит котел 1, трубопровод 2 подачи топочных газов, реактор 3 в виде распылительной сушилки с трубопроводом 4 для вывода сухих продуктов реакции, пылеуловитель 5 в виде газового фильтра, трубопровод 6 для вывода очищенных топочных газов, смесительный бак 7 с мешалкой 8 и с патрубком подачи водного щелочного раствора неорганического соединения натрия 9, жидкостной фильтр 10 с патрубком вывода твердой фазы 11 и трубопроводом вывода фильтрата 12, реактор снабжен форсункой 13. Жидкостной фильтр снабжен трубопроводом 14 для соединения со смесительным баком.

Установка в соответствии с фиг. 2 дополнительно содержит сгуститель суспензии 15 с патрубком вывода жидкой фазы 16.

На фиг. 1 показан котел 1, в который подают карбонат кальция, указанный карбонат разлагается в котле на оксид кальция и реагирует с оксидами серы, уменьшая, таким образом, содержание серы в топочных газах уже на этой стадии. Топочные газы, которые еще содержат непрореагировавший оксид кальция и оксиды серы, подают по трубопроводу 2 в реактор 3 десульфуризации, где в топочные газы впрыскивают раствор гидроксида натрия. В другом случае может быть впрыснут раствор, содержащий как гидроксид натрия, так и карбонат натрия, растворенные в воде. В реакторе натрий, присутствующий в щелочном растворе, реагирует с оксидами серы, а вода, присутствующая в растворе, реагирует с СаО, образуя Са(ОН)₂, который далее также реагирует с оксидами серы, в результате получаются твердые продукты реакции, которые под воздействием тепла топочных газов превращаются в сухие пылеобразные твердые вещества. Из реактора 3 топочные газы и присутствующие в них продукты реакции подают по трубопроводу 4 в электростатический осадитель 5, где пылеобразные продукты реакции, такие как Na₂SO₃, Na₂SO₄, СаО, СаSO₃ и CaSO₄ отделяются от топочных газов одновременно с отделением зольной пыли. Затем топочные газы подают по трубопроводу 6 в окружающий воздух, а пылеобразные продукты реакции подают в смесительный бак 7, в который добавляют воду и необходимое количество соединения натрия в подходящем виде, например, в виде Na₂CO₃, NaOH. Бак 7 содержит мешалку 8, которая перемешивает сухие твердые вещества и жидкость, после чего они реагируют друг с другом в водном растворе, так что в результате образуются твердые продукты реакции и дополнительно раствор гидроксида натрия. Эту смесь подают далее по трубопроводу 9 в фильтр 10, где твердые продукты реакции отделяются от раствора гидроксида натрия и удаляются в виде относительно сухой массы или в виде более или менее отжатого осадка, одновременно с подачей гидроксида натрия по трубопроводу 12 через форсунку 13 в реактор 3 для впрыска. Часть натриевого раствора подают по трубопроводу 14 обратно в смесительный бак 7 для того, чтобы зольная пыль и другие твердые вещества находились в достаточно взвешенном состоянии и реакции протекали так эффективно, так это возможно.

В смесительном баке 7 протекают много видов реакций, поскольку в реакции участвуют несколько различных веществ. Оксид кальция, извлеченный из электростатического осадителя, образует с водой гидроксид кальция следующим образом:
CaO + H₂O ___→ Ca(OH)₂
Это вещество реагирует с карбонатом натрия, образуя гидроксид натрия и карбонат кальция следующим образом:
Na₂CO₃+ Ca(OH)₂___→ 2NaOH+CaCO₃
Гидроксид натрия, карбонат натрия или бикарбонат натрия (NaHCO₃) могут быть добавлены в качестве компенсирующего натрия.

Реакции бикарбоната натрия:
NaHCO₃+ Ca(OH)₂___→ Na₂CO₃+ CaCO₃·

H₂O + 3/2 H₂O
Na₂ CO₃+ Ca(OH)₂+ H₂O __→ 2 NaOH + CaCO₃· H₂O
т.е. в результате получается гидроксид натрия.

В смесительном баке имеют место следующие реакции, результатом указанных реакций являются главным образом водный раствор гидроксида натрия и твердые продукты реакции:
Na₂CO₃+2SO₂+H₂O __→ 2NaHSO₃+ CO

Na₂CO₃+Ca(OH)₂__→ 2NaOH₉+ CaCO
Ca(OH)₂+ 2NaHSO₃___→ Na₂SO₃+ CaSO₃· H₂O + 3/2 H₂O
Ca(OH)₂+ Na₂SO₃+ 1/2 H₂O ___→ 2NaOH + CaSO₃· 1/2 H₂O
2Na₂SO₃+ O₂ ___→ 2Na₂SO₄
Ca(OH)₂+Na₂SO₄+ 2H₂O __→ 2NaOH + CaSO₄· 2H₂O
CaCO₃+ 2NaHSO₃ ___→ Na₂SO₃+ CaSO₃· H₂O + CO H₂O
(X+Y)CaCO₃+ XNa₂ SO₄+ (X+Y)NaHSO₃+ 2H₂O __→
(X+Y)NaHCO₃+ XCaSO₄+YCaSO₃· 2H₂O + XNa₂SO₃
Фильтрат NaOH, подаваемый из смесительного бака в фильтр, далее на выходе из фильтра не содержит какого-либо существенного количества извести, поскольку оксид кальция, подаваемый из электростатического осадителя в смесительный бак 7 вместе с золой, реагирует в нем и выходит из фильтра вместе с отжатым осадком. Потребное количество дополнительного компенсирующего натрия, подаваемого в смесительный бак 7, достаточно мало, поскольку количество натрия, выводимого вместе с отжатым осадком достаточно мало. Обычно около 1% по весу от веса отжатого осадка удаляется вместе с отжатым осадком, тогда как сухие твердые вещества составляют в отжатом осадке около 56% Аналогично, дополнительное количество подаваемой воды достаточно мало, поскольку количество испаренной воды, выходящей вместе с топочными газами, и количество воды, удаляемой из фильтра вместе с отжатым осадком, при этом компенсируются. Часть количества воды или даже все дополнительное количество воды подается в фильтр 10 в качестве смачивающей воды для отжатого осадка.

На фиг. 2 изображен другой вариант реализации изобретения, при котором смесь NaOH и твердых веществ, выходящую из смесительного бака 7, подают по трубопроводу 9 в сгуститель 15, где суспензию сгущают и откуда ее далее подают в фильтр 10, в котором твердые вещества извлекают в виде отжатого осадка, одновременно смачивая сжатый осадок дополнительным количеством воды, и фильтрат подают по трубопроводу 14 обратно в сгуститель. Из сгустителя 15 образовавшийся NaOH подают как показано на фиг. 1 по трубопроводу 16 в реактор 3 десульфуризации.

В дополнение к раствору, содержащему натрий, может быть помещена вместе с впрыскиваемой водой перекись водорода, при этом десульфуризация может быть еще усилена, что может быть необходимо при определенных условиях. Перекись водорода (Н₂О₂) будет очень сильно окислять двуокись серы, образуя серную кислоту, которая будет реагировать с известью, таким образом связывание серы и извести улучшится и пропорционально меньшее количество серы останется для удаления в других стадиях процесса.

Преимущество изобретения заключается в том, что десульфуризация может быть выполнена эффективно и гораздо проще, так как часть серы покидает котел в результате реакции с подаваемой известью, обычно карбонатом кальция и основная часть оставшихся оксидов серы может быть удалена в реакторе десульфуризации посредством просто использования раствора гидроксида натрия, так что результатом является сухой пылеобразный продукт реакции,который просто удалить с помощью электростатического осадителя и из которого получают новый раствор NaOH достаточно простым способом, тогда как образовавшиеся твердые вещества могут быть легко удалены из процесса.

Гидроксид натрия может быть впрыснут в реактор десульфуризации из одной или более отдельных точек, аналогично, также, как и возможно впрыскивать его по направлению вниз или вверх в зависимости от желаемого направления потока топочных газов в реакторе. Вместо электростатического осадителя в принципе могут быть использованы также другие фильтры, с помощью которых сухой порошкообразный материал может быть извлечен из топочных газов, и возвращен для регенерации в смесительный реактор.

П р и м е р 1. Проводили обычный полусухой процесс с использованием извести. При подаче известняка в печь достигается 25%-ное восстановление диоксида серы при полной загрузке котла и при молярном отношении Са/S=2. В реакторе образуется Са(ОН)₂, когда частицы СаО в газовом потоке контактируют с подаваемыми капельками воды. Далее Са(ОН)₂ реагирует с SO₂.

Ввиду того, что окончательный продукт процесса десульфуризации должен быть сухим, количество воды, подаваемой в реактор, должно быть незначительным. Капли воды также должны быть очень малы. Подаваемая вода испаряется в реакторе и восстановление SO₂ остается относительно низким и составляет приблизительно 60% Общее восстановление SO₂ составляет 70%
П р и м е р 2. Осуществляют способ по изобретению. Используют низкое соотношение SO₂ к кальцию, равное 1,1. Восстановление SO₂ в печи составляет 15% Вместо воды в реактор подают раствор, содержащий NaOH или Na₂CO₃. Возможна добавка Н₂О₂. Этот раствор немедленно становится реагирующим. СаО в топочных газах образует Са(ОН)₂, который также реагирует с оксидами серы. В реакторе степень восстановления SO₂ достигает 90% Общее восстановление составляет 91,5% Расход известняка на 55% ниже, чем в полусухом процессе. Сравнение заявленного способа с известным указывает на снижение расхода щелочного реагента из-за его рециркуляции. Заявленное устройство проще в эксплуатации из-за отсутствия узлов получения гипса и щелочного раствора.

Реферат

Использование: десульфурация топочных газов. Сущность изобретения: согласно способу раствор NaOH впрыскивают в топочные газы, содержащие CaO. Образовавшиеся сухие пылеобразные вещества удаляют из топочных газов с помощью газового фильтра. Уловленные фильтром пылеобразные вещества смешивают с водой и реагентом с щелочными свойствами, преимущественно NaOH, NaHCO₃ и Na₂ CO₃ С помощью жидкостного фильтра отделяют образовавшиеся новые твердые продукты от водного раствора NaOH, часть этого раствора в виде фильтрата возвращают на стадию впрыскивания в топочные газы. Возможна добавка H₂O₂ и Na₂CO₃ во впрыскиваемый раствор. Предпочтительно, часть фильтрата возвращают на стадию смещения с пылеобразными веществами после газового фильтра. Перед фильтрацией возможно сгущение суспензии при отделении части раствора NaOH. Установка содержит реактор в виде распылительной сушилки с форсункой, пылеуловитель в виде газового фильтра, соединенный на выходе пылеобразных веществ со смесительным баком с патрубком ввода водного щелочного раствора и жидкостной фильтр, соединенный на выходе фильтрата с форсункой реактора трубопроводом. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула