МЕХАНИЗМ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ СЕРЫ

Интенсивное развитие энергетики, промышленности и транспорта неизбежно увеличивает потребление углеводородного топлива, что, в свою очередь, увеличивает количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.

Степень загрязнения атмосферы зависит от количества выбросов вредных веществ, их химического состава, от высоты, на которой осуществляются выбросы, и от климатических условий, определяющих перенос, рассеивание и превращение выбрасываемых веществ. Актуальность проблемы состоит в защите и охране воздушного бассейна, так как загрязненный воздух является основным фактором, который обуславливает экологическую обстановку по всему миру.

Ежегодно в мире в атмосферный воздух поступает много различных вредных веществ. Загрязнение воздуха промышленными выбросами наносит огромный материальный ущерб народному хозяйству и приводит к росту заболеваемости населения. Под влиянием загрязненного атмосферного воздуха гибнут целые зеленые массивы. В Европе из-за загрязненного воздуха на 40% уменьшились площади, занятые хвойными деревьями. Под действием солнечных лучей и при участии озона возникают пока неизвестные реакции, приводящие к образованию еще более токсичных соединений. [1, с. 25]

При сжигании органического топлива содержащаяся в нем сера окисляется, при этом образуются два соединения - диоксид серы ( ) и триоксид серы ( ). В воздухе, при соединении оксидов серы с водой, образуются капельки серной и сернистой кислот. Такие смеси могут длительное время задерживаться в воздухе в виде плавающих капелек тумана или выпадать совместно с осадками.

Выпадение кислых осадков сопровождается подкислением водоемов и почвы, что приводит к гибели обитателей водных объектов, деградации почвенной фауны, ухудшению состояния лесов и сельскохозяйственных угодий. Кислотные дожди и туманы разъедают металлы, краски, ткани, являются причиной разрушения зданий и сооружений, уменьшают сроки и ухудшают условия хранения продуктов питания. [2, с. 106]

В настоящее время применяется два основных механизма уменьшения выбросов оксида серы:

• очистка дымовых газов от оксидов серы с помощью специального оборудования;
• десульфуризация топлива (снижение содержания серы в топливе перед сжиганием).

Сокращение выбросов оксидов серы путем десульфуризации топлива иногда проще, чем очистка дымовых газов. Дополнительные преимущества такого подхода заключаются в повышении на 1 – 2 % экономичности газомазутных котлов и в существенном увеличении эффективности и надежности работы котельных установок. Но вследствие высокой стоимости оборудования, такой метод применим только для крупных предприятий.

Наибольшее применение в мире полу­чил второй метод снижения количества оксидов серы - очистка дымовых газов в серо­улавливающих установках, а именно, мокрый известняковый метод. Данный метод наиболее разработан и распространен на энергоблоках США, Японии, Германии и России (Губкинская ТЭЦ). [3, с. 128]

Преимуществами метода являются:

• простая технологическая схема;
• низкие эксплуатационные затраты;
• доступность, распространенность и дешевизна сорбента;
• возможность очистки газа без предварительного охлаждения;
• высокая степень очистки (от 95 % до 98 %);
• получение товарного продукта (гипс).

К недостаткам данного метода можно отнести образование сточных вод.

Процесс протекает по химической реакции (1) с образованием твердого сульфита кальция и углекислого газа:

                                       (1)

Так же в качестве адсорбента  может применяться известь . Тогда процесс протекает по реакции (2):

                                  (2)

Технологическая схема установки, работающей по мокрому известняковому методу, представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Технологическая схема сероочистной установки, работающей по мокрому известняковому методу

Главным элементом мокрого известнякового метода считается абсорбер. Дымовые газы поступают в нижнюю часть абсорбера и направляются снизу вверх, проходя поочередно две зоны очистки: первую (1), в которой происходит реакция связывания , и вторую (2). Далее, в зоне (3) из газов удаляются механические включения. Затем очищенный газ переносится в каплеуловитель (4), в котором происходит почти полное освобождение от водяных капель. Образовавшиеся частицы  поступают в нижнюю часть абсорбера, где в результате перемешивания с воздухом доокисляются в гипс. Из нижней части абсорбера взвесь гипса подается в гидроциклон (10), в котором происходит отделение суспензии гипса от воды, а маленькие частицы известняка с водой возвращаются в абсорбер. В абсорбере происходит многократная циркуляция известняковой суспензии с помощью циркуляционного насоса (6), для увеличения производительности и эффективности связывания  и снижения расхода известняка. Далее суспензия гипса подается на обезвоживание, промывку и сушку. В результате получается товарный гипс, который можно использовать для производства различных строительных материалов. [4, с. 261]

Данный метод очистки предлагается применить на существующем энергоблоке, который располагается на территории АО «Ангарский завод полимеров». Данная тепловая электростанция предназначена для производства пара высокого давления установки ЭП-300 (установка по производству этилена и пропилена).

Топливом для котлов служит мазут, поступающий с Химического завода ОАО «АНХК».

Котельная установка находится на промплощадке №2 и входит в состав цеха 121/130, в котором основным источником выделения является:

0168 Дымовая труба котлов.

Данный источник выделения выбрасывает следующие загрязняющие вещества:

• 0301 Азота диоксид
• 0304 Азота оксид
• 0337 Углерода оксид
• 0415 Углеводороды предельные С1-С5 (исключая метан)
• 0330 Серы диоксид
• 2904 Мазутная зола теплоэлектростанций (в пересчете на ванадий)
• 0703 Бенз/а/пирен (3,4-Бензпирен)
• 0328 Углерод (сажа)

Дымовые газы, выходящие из конвекционной камеры котла, имеют температуру 290 – 450°С. При прохождении РВП (регенеративный воздухоподогреватель) температура снижается до 160 – 240°С, после чего газы сбрасываются в общую дымовую трубу.

Общая дымовая труба котлов является организованным стационарным источником выделения диаметром 2,3 м, и высотой 150 м. Дымовая труба предназначена для отвода и рассеивания дымовых газов от котлов.

В таблице 1 представлен перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу котельной, работающей на мазуте.

Таблица 1

Перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу при использовании мазута

Котельная, работающая на мазуте, выбрасывает 8 загрязняющих веществ: из них 3 твердых и 5 жидких/газообразных веществ.

Общий суммарный выброс равен 868,51023510 т/год, из них твердых 15,62723012 т/год, жидких/газообразных 852,88300498 т/год.

Так же из таблицы 1 видно, что общий суммарный выброс  равен 41,12591077 т/год.

Выбросы в атмосферу, представленные в таблице 1, не ликвидируются, не обезвреживаются, не утилизируются. Поэтому для снижения выбросов   можно применить данный метод очистки. Суммарный выброс диоксида серы до и после очистки представлен в таблице 2.

Таблица 2

Содержание диоксида серы в дымовых газах до и после применения известнякового метода

В заключение можно сделать вывод, что мокрый известняковый метод очистки дымовых газов от оксидов серы, с недорогим и доступным материа­лом в качестве сорбента, является наиболее эффективным методом и может быть применен на энергоблоках, использующих топливо с максимальным содержанием серы 3 %.

Для работы данной котельной установки используется топочный мазут марки М-100, с уровнем содержания серы до 3%. Поэтому рассмотренный метод очистки дымовых газов может быть реализован на производстве для данного энергоблока.

Список литературы:

1. Юшин В.В., Лапин В.Л., Попов В.М., Кукин П.П. и др. Техника и технология защиты воздушной среды. М.: Высшая школа, 2008. С. 3-10.
2. Гутенев В.В., Денисов В.В., Денисова И.А. и др. Промышленная экология. М.: ИКЦ «Март», 2007. С. 720.
3. Калыгин В. Г. Промышленная эколо­гия: учебное пособие для вузов. М.: Академия, 2010. С. 432.
4. Алиев Г.М. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. М.: Металлургия, 2012. С. 544.