СПОСОБ И СИСТЕМА КОМПЛЕКСНОЙ СУХОЙ И МОКРОЙ ОЧИСТКИ ДЫМОВОГО ГАЗА

Область техники, к которой относится изобретение

В целом, настоящее изобретение относится к системе для удаления оксидов серы, других кислых газов, твердых частиц и ртути из дымового газа камеры сгорания, работающей на ископаемом топливе. В частности, настоящее изобретение направлено на систему комплексной сухой/мокрой очистки дымового газа.

Уровень техники

В камерах сгорания, работающих на ископаемом топливе и подобных им, образуется большое количество оксидов серы и других кислых газов. Оксиды серы выбрасываются из камеры сгорания в атмосферу вместе с дымовыми газами. При горении обычно происходит преобразование серы, содержащейся в угле, в газообразный диоксид серы (SO₂), загрязняющее вещество с установленным предельно допустимым содержанием и источник образования кислотных дождей, и туман серной кислоты, образующийся при конденсации триоксида серы (SO₃), источник образования РМ2,5 и причина видимого загрязнения. РМ2,5 означает твердые частицы размером 2,5 мкм и меньше. Тонкодисперсные частицы являются фактором риска как для здоровья человека, так и для состояния окружающей среды. Также могут образовываться другие нежелательные токсичные составляющие кислого газа, как-то: хлорводород (HCl) и фторводород (HF).

Чтобы выработка электроэнергии и сжигание отходов не стали источником загрязнения окружающей среды и были допустимы с экологической точки зрения, необходимы рентабельные системы борьбы с загрязнением воздушной среды. Системы борьбы с загрязнением воздушной среды иногда сложны и обычно состоят из стадий удаления твердых частиц, кислотных соединений, органических веществ, тяжелых металлов, а также утилизации побочных продуктов этих стадий.

В настоящее время для удаления оксидов серы из дымового газа используют процессы двух типов: мокрое обессеривание дымового газа и сухое обессеривание дымового газа. При мокром обессеривании дымовой газ поступает в большой резервуар, например колонну с распылительным орошением или абсорбер, который обычно называют мокрым скруббером, где он контактирует с водной суспензией, например смесью воды и, по меньшей мере, частично нерастворимого материала, например щелочного материала, такого как известь, известняк и т.п. Содержащийся в суспензии кальций вступает в реакцию с SO₂ с образованием сульфита кальция или сульфата кальция. Сульфит и/или сульфат кальция обезвоживают различными средствами и получают твердый побочный продукт. Если этот побочный продукт представляет собой, в основном, сульфит кальция, его обычно смешивают с зольной пылью и фиксирующей известью и размещают на свалке. В качестве альтернативы, из отходов мокрого обессеривания дымового газа путем подачи в мокрый скруббер сжатого воздуха может быть получен пользующийся спросом гипс.

При сухом обессеривании дымового газа в распылительную сушилку подают водную суспензию, например, смешанной с водой негашеной извести с образованием гидроксида кальция или подобную ей. Суспензию распыляют и вводят в поток дымового газа, где капли по мере испарения в резервуаре вступают в реакцию с SO₂. Образующийся сухой продукт, представляющий собой отходы, собирают в нижней части распылительной сушилки и при помощи устройств удаления твердых частиц, например электростатического осадителя или рукавного фильтра. Обычно сухие отходы выводят из устройств удаления твердых частиц и размещают на свалке.

Как правило, мокрое обессеривание дымового газа связано с высокими капиталовложениями из-за необходимости использовать дорогостоящие коррозионно-стойкие материалы и реагенты и устройства для манипулирования с побочными продуктами. В устройствах мокрого обессеривания дымового газа обычно образуется жидкий промывочный поток, который перед утилизацией должен быть подвергнут обработке и который может выделять кислотный туман триоксида серы (SO₃), являющийся загрязняющим веществом, вызывающим нежелательные видимые загрязнения, и источником образования РМ2,5. При существующей технологии мокрого обессеривания дымового газа образования тумана SO₃ можно избежать, если использовать дорогостоящие средства, такие как мокрые электростатические осадители или введение щелочи. Существуют альтернативные способы обессеривания, такие как мокрая очистка аммиаком, однако с экономической точки зрения они не могут конкурировать с используемыми способами мокрого и сухого обессеривания.

Способ сухого обессеривания дымового газа может быть дорогим в эксплуатации из-за относительно неэффективного использования являющейся реагентом извести, а также сопряжен с проблемой утилизации твердых отходов. Существующие способы сухого удаления серы, как правило, не решают таких проблем, как низкая эффективность удаления оксида серы и неполное использование реагента. Часто процесс распылительной сушки чувствителен к условиям эксплуатации, что затрудняет улучшение его результатов. Для того чтобы шла нужная реакция, нужно точно регулировать температуру в зависимости от количества присутствующих оксидов. Из-за того что температуру нужно удерживать в пределах узкого диапазона, производительность обычно снижена. Однако преимуществом сухого обессеривания является высокая эффективность удаления SO₃, что позволяет избежать указанных выше проблем, связанных с выбросами кислотного тумана.

Раскрытие изобретения

Одним из аспектов настоящего изобретения является способ удаления оксидов серы, других кислых газов и твердых частиц из дымового газа. Данный способ включает в себя следующие стадии: обработка дымового газа суспензией, образующейся из воды, щелочного реагента и промывочного потока, идущего из мокрого скруббера в распылительную сушилку, где из дымового газа удаляется часть кислых газов, образуется сухой побочный продукт, а промывочный поток испаряется; фильтрация дымового газа с целью удаления зольной пыли и, по меньшей мере, части сухого побочного продукта и дальнейшего снижения содержания кислых газов; мокрая очистка дымового газа, выходящего из распылительной сушилки и подаваемого в мокрый скруббер, представляющая собой стадию доочистки от кислых газов и твердых частиц; подача в мокрый скруббер извести или известняка, которые являются реагентами, вступающими в реакцию, по меньшей мере, с частью оставшихся в мокром скруббере кислых газов с образованием побочного продукта мокрого скруббера; выведение промывочного потока из мокрого скруббера и его подача в распылительную сушилку; производство из побочного продукта мокрого скруббера гипса.

Другим аспектом настоящего изобретения является способ удаления оксидов серы, других кислых газов и твердых частиц из дымового газа. Данный способ включает следующие стадии: распылительная сухая абсорбция дымового газа и суспензии, образованной из воды, щелочного реагента и части побочного продукта, выводимого из мокрого скруббера в распылительную сушилку, где сухой побочный продукт образуется на стадии распылительной сухой абсорбции; фильтрация дымового газа с целью удаления, по меньшей мере, части сухого побочного продукта; мокрая очистка дымового газа, выходящего из распылительной сушилки.

Еще одним аспектом настоящего изобретения является система для удаления оксидов серы, других кислых газов и твердых частиц из дымового газа. В систему входит распылительная сушилка, фильтр и мокрый скруббер. Распылительная сушилка предназначена для обработки дымового газа и суспензии, образованной из воды и щелочного реагента. В распылительной сушилке образуется сухой побочный продукт. Фильтр предназначен для удаления из дымового газа, по меньшей мере, части сухого побочного продукта, а мокрый скруббер предназначен для очистки дымового газа, выходящего из распылительной сушилки, путем использования в нем в качестве реагента удаляемого из дымового газа сухого побочного продукта.

Еще одним аспектом настоящего изобретения является способ удаления оксидов серы, других кислых газов и твердых частиц из дымового газа. Данный способ включает в себя следующие стадии: обработка дымового газа суспензией, образующейся из воды и щелочного реагента в распылительной сушилке, где из дымового газа удаляется часть кислых газов и образуется сухой побочный продукт; фильтрация дымового газа с целью удаления зольной пыли и, по меньшей мере, части сухого побочного продукта и дальнейшего снижения содержания кислых газов; подача в мокрый скруббер сухого побочного продукта; мокрая очистка дымового газа, выходящего из распылительной сушилки и подаваемого в мокрый скруббер, представляющая собой стадию доочистки от кислых газов и твердых частиц; подача в мокрый скруббер извести или известняка, которые являются реагентами, вступающими в реакцию, по меньшей мере, с частью оставшихся в мокром скруббере кислых газов с образованием побочного продукта мокрого скруббера.

Краткое описание чертежей

С целью пояснения настоящего изобретения на чертежах показана та его форма, которая сейчас является предпочтительной. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается конкретными вариантами компоновки и средств, представленными на чертежах, где:

на фиг. 1 приведена схема системы, соответствующей одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 2 приведена схема системы, соответствующей другому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 3 приведена схема системы, соответствующей еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Теперь обратимся к чертежам, на которых одинаковые номера позиций относятся к аналогичным элементам, в частности к фиг. 1, иллюстрирующей один из аспектов настоящего изобретения - способ 20 комплексной мокрой и сухой очистки дымового газа. Данный способ настоящего изобретения включает использование распылительной сушилки 22, уловителя 24 твердых частиц, который может представлять собой тканевый фильтр, электростатический осадитель и т.п., и мокрого скруббера 26 с целью удаления из дымового газа 28 оксидов серы, других кислых газов, твердых частиц и ртути.

В способе 20, поясняемом фиг. 1, дымовой газ 28, поступающий из камеры сгорания, например котла (не показан), сначала поступает в распылительную сушилку 22. В контексте настоящего документа дымовой газ 28 означает, вообще, любой дымовой газ, образующийся при сжигании ископаемого топлива, в частности подразумевается, что в процессе обработки дымового газа составляющие его компоненты меняются. Во время распылительной сухой абсорбции в распылительной сушилке 22 дымовой газ 28 вступает в реакцию с суспензией 30, содержащей воду 31, щелочной реагент 32, такой как известь, известняк, карбонат натрия и т.п., и промывочный поток 33 из мокрого скруббера 26. Суспензию 30 получают при помощи известных в данной области способов и оборудования. Как и в обычном устройстве сухого обессеривания дымового газа, температуру и влажность в распылительной сушилке 22 регулируют так, чтобы обеспечить образование сухого побочного продукта 34 и удаление кислых газов, таких как SO₂, SO₃, HСl и HF.

Затем дымовой газ 28 выводят из распылительной сушилки 22 и подают в уловитель 24 твердых частиц, где извлекается, по меньшей мере, часть сухого побочного продукта 34 и зольной пыли. В одном из вариантов осуществления изобретения в дымовой газ 28 выше уловителя 24 твердых частиц по ходу технологического потока может быть введен активированный уголь 36 с целью извлечения из дымового газа ртути. Присутствие в осадке на фильтре щелочного реагента 32, то есть отфильтрованного сухого продукта 34, вызывает дополнительное улавливание оксидов серы и кислых газов. Сухой побочный продукт 34, который, по существу, извлекается из дымового газа 28 в уловителе 24 твердых частиц, идет в отходы. Обычно уловитель 24 твердых частиц представляет собой тканевый фильтр. Однако, как ясно специалистам в данной области, могут быть использованы другие типы систем фильтрации, другие типы фильтров или электростатические осадители.

Дымовой газ 28, прошедший уловитель 24 твердых частиц, подвергают обработке в мокром скруббере 26, где происходит дальнейшее извлечение оксидов серы, кислых газов, твердых частиц и ртути. В мокрый скруббер 26 может быть подана известь или известняк, вступающие в реакцию с имеющимися в мокром скруббере кислыми газами. Кроме того, с целью производства гипса 29 в мокрый скруббер 26 может быть подан воздух 38. В мокром скруббере 26 образуется побочный продукт 40, который может быть обработан в сепараторе 41, разделяющем твердую и жидкую фазы, например гидроциклоне и т.п., с целью отделения части содержащейся в побочном продукте жидкости 42. Жидкость 40 обычно рециркулируют в мокрый скруббер 26. Часть жидкости 42, образующая промывочный поток 33, может быть отведена из мокрого скруббера 26 для регулирования содержания тонкодисперсных частиц и/или растворенной твердой фазы, например накапливающихся хлоридов, присутствие которых в суспензии 30 нежелательно. На фиг. 1 показана одна из систем получения промывочного потока 33. Однако настоящим изобретением предусматриваются другие варианты получения промывочного потока 33. Нижний продукт 43 сепаратора 41 может быть подвергнут дополнительной обработке в фильтре 44, например вакуумном фильтре и т.п., с целью получения высушенного гипса 39, который направляют на продажу или вывозят на свалку. Фильтрат 46 фильтра 44 может быть возвращен в мокрый скруббер 26. Оставшийся обработанный дымовой газ 28, выходящий из мокрого скруббера 26, обычно сбрасывают в атмосферу через дымовую трубу 48.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой способ 120, поясняемый фиг. 2. За исключением описанных ниже отличий способ 120, по существу, похож или идентичен способу 20, на что указывают одинаковые номера позиций. Как и в способе 20, в способе 120 дымовой газ 28 означает, вообще, любой дымовой газ, подразумевается, что в процессе обработки дымового газа составляющие его компоненты меняются. Одним из отличий способа 120 от способа 20 является то, что побочный продукт 40 может быть частично обезвожен в сепараторе 41. Часть побочного продукта 40, нижний продукт 43 сепаратора 41, как правило, смешивают со щелочным реагентом 32 и подают в распылительную сушилку 22. Верхний продукт сепаратора 41, то есть жидкость 42, возвращают в мокрый скруббер 26. В способе 120 нижний продукт 43 сепаратора 41 рециркулируют, а не обрабатывают с получением гипса 39. Сухой побочный продукт 34 как таковой обычно вывозят на свалку. В мокром скруббере 26 в качестве реагента 37 может быть использована либо известь, либо известняк. Обычно с экономической точки зрения предпочтение отдается известняку. Как и в способе 20, в мокрый скруббер 26 и распылительную сушилку 22 подают воду 31 для регулирования температуры и уровня соответственно. По выбору, в мокрый скруббер 26 может быть подан воздух 38 с целью производства гипса 39.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой способ 220, поясняемый фиг. 3. За исключением описанных ниже отличий способ 220, по существу, похож или идентичен способу 20, на что указывают одинаковые номера позиций. Как и в способе 20, в способе 220 дымовой газ 28 означает, вообще, любой дымовой газ, в частности подразумевается, что в процессе обработки дымового газа составляющие его компоненты меняются. Одним из отличий способа 220 от способа 20 является то, что побочный продукт 34 сухого обессеривания дымового газа направляют в мокрый скруббер 26, где непрореагировавший щелочной реагент 32 участвует в удалении SO₂ и частично компенсирует необходимость добавления реагента 37 - извести или известняка. Побочный продукт 34 сухого обессеривания дымового газа и побочный продукт 40 мокрого обессеривания дымового газа соединяют в мокром скруббере 26 и, в конце концов, утилизируют как поток 222 отходов. Как правило, поток 222 отходов направляют на свалку.

Соответствующая настоящему изобретению система сухой/мокрой очистки имеет преимущества по сравнению с известным уровнем техники, заключающиеся в сочетании технологии сухой очистки дымового газа, например, в распылительной сушилке и технологии мокрой очистки дымового газа, например, в мокром скруббере, что позволяет достичь высокой эффективности извлечения оксидов серы при очень низком выделении кислотного тумана. На стадии распылительной сухой абсорбции из дымового газа удаляется от 50 до 99,9% триоксида серы и других кислых газов, а также часть диоксида серы, а на стадии мокрой очистки из дымового газа удаляется от 50 до 99,9% оставшихся оксидов серы и других кислых газов. С целью снижения эксплуатационных расходов, связанных с использованием извести, распылительную сушку можно проводить так, чтобы минимизировать абсорбцию SO₂ при одновременном удалении от 50 до 99,9% SO₃ и других кислых газов. Удаление оксидов серы, особенно триоксида серы (SO₃), путем распылительной сухой абсорбции исключает наличие непрозрачности и видимого загрязнения на выходе из мокрого скруббера, следовательно, отпадает необходимость в соответствующих дорогостоящих мерах, как-то: использование электростатического осадителя или подача щелочи.

Кроме того, благодаря распылительной сушке промывочного потока мокрого скруббера устраняется необходимость дорогостоящего оборудования для обработки сточных вод, которое в противном случае требовалось бы для обработки промывочного потока 33 в способе 20.

Дополнительным преимуществом настоящего изобретения является то, что мокрый скруббер может быть изготовлен из недорогих материалов, поскольку хлориды извлекаются на стадии распылительной сухой абсорбции. Обычно из-за присутствия в поглотительной суспензии хлоридов нужны дорогостоящие материалы, такие как легированная сталь или другие коррозионно-стойкие материалы. Кроме того, количество хлоридов из дымового газа, воды и других веществ, которые могли бы попадать в мокрый скруббер, также снижается благодаря выведению промывочного потока 33 из мокрого скруббера 26.

Кроме того, преимуществом настоящего изобретения является высокая степень извлечения ртути активированным углем, подаваемым на тканевый фильтр.

Наконец, в вариантах осуществления изобретения с прямотоком продукта, как в способе 220, достигается практически полное использование извести и отпадает необходимость в дорогостоящем оборудовании вакуумной фильтрации.

Хотя настоящее изобретение было описано и пояснено на примере вариантов его осуществления, специалистам в данной области следует понимать, что возможны вышеизложенные и различные другие изменения, исключения и добавления, которые не выходят за объем и существо настоящего изобретения. Следовательно, объем прилагаемой формулы изобретения охватывает и другие варианты его осуществления.