Способ сжигания серусодержащих твердых ископаемых топлив

 

Изобретение относится к технике получения экологически чистой энергетической продукции, в частности к способу сжигания серусодержащих минерализованных топлив и перевода продуктов сгорания в безвредное соединение. Технической задачей изобретения является повышение степени экологической чистоты получаемой энергетической продукции. Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый способ включает формирование из топливной массы расходуемого материалопотока, получение из топливной массы целевой энергетической продукции, частичную ликвидацию подвергаемых складированию зольных отходов и обезвреживание подвергаемых рассеиванию дымовых выбросов. Новым в способе является то, что рассеиваемые газовые выбросы обезвреживают с помощью ликвидируемых зольных отходов, которые дают возможность получить щелочной раствор, расходуемый на газонейтрализацию и газоосаждение активных компонентов. В качестве экстрагента для получения раствора используют золосмывные воды. Обезвреживание газовых выбросов осуществляют путем абсорбции из них вредных соединений в скрубберах пенного типа.

Изобретение относится к технике получения экологически чистой энергетической продукции, в частности к способу сжигания серусодержащих минерализованных топлив и перевода продуктов сгорания в безвредное соединение.

Известен способ сжигания серусодержащих твердых ископаемых топлив (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР N 880461, В О1 D 53/02).

Известный способ предполагает формирование из топлива расходуемого материалопотока, получение из топливной массы целевой энергетической продукции, сбор зольных отходов, преобразование зольных отходов в газодесульфурирующий реагент, обработку полученным реагентом подвергаемых рассеиванию дымовых газов.

Особенностью известного способа является то, что в соответствии с ним газодесульфурирующий агент используют в твердофазном состоянии. Следствием этого является возникновение вероятности пылеобразования в зоне контакта слоя реагентной массы с дымовыми газами и, в конечном итоге, повышение нагрузки на фильтр обеспыливания дымовых выбросов перед направлением их на рассеивание.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ термической переработки серусодержащего твердого ископаемого топлива сланцевого типа, известный из монографии: В.А.Спеншер "Обезвреживание промышленных выбросов дожиганием". М. Энергоатомиздат. 1986, c.50-55, рис.3.1.

Данный способ предполагает формирование из топливной массы расходуемого материалопотока с последующим получением целевой энергетической продукции, ликвидацию подвергаемых складированию (захоронению) зольных отходов и обезвреживание дымовых выбросов. Особенностью принятого за прототип способа является то, что формирование из топливной массы расходуемого материалопотока не предусматривает разделение его на обособленные ручьи (ветви), например, для преобразования в обогащенную топливную фракцию типа генераторного газа, что не позволяет достичь в энергетическим цикле экономии топлива как средства уменьшения общего объема вредных выбросов, являющегося значительным в случаях, когда все топливо претерпевает одностадийную переработку в энергетическую продукцию в твердотопливных котлоагрегатах.

Особенностью способа является то, что ликвидация подвергаемых складированию (захоронению) зольных отходов производится независимо от обезвреживания подвергаемых рассеиванию дымовых выбросов. В частности, ликвидацию зольных выбросов производят путем формирования из накапливаемой золы технологического порошкообразного агента, а обезвреживание дымовых выбросов производят обеспыливанием их в электрофильтрах. Отсутствие комплексного прохода к проведению обезвреживания технологических выбросов требует расхода нейтрализационных щелочных реагентов для каждого из типов выбросов. Вследствие этого возможно вторичное загрязнение окружающей среды применяемым нейтрализационными реагентами. Основным недостатком способа ввиду указанных особенностей является сравнительно низкая степень экологической чистоты получаемой энергетической продукции.

Технической задачей изобретения является повышение степени экологической чистоты получаемой энергетической продукции.

Указанная задача решается тем, что в способе сжигания серусодержащих твердых ископаемых топлив, включающем формирование из топливной массы расходуемого материалопотока, получение из топливной массы целевой энергетической продукции, ликвидацию подвергаемых складированию зольных отходов и обезвреживание подвергаемых рассеиванию дымовых выбросов. Формирование из топливной массы расходуемого материалопотока производят как многоручьевое, в ходе которого осуществляют разделение этого потока на вспомогательную ветвь одноступенчатого преобразования топлива в энергетическую продукцию в твердотопливных котлоагрегатах и на основную ветвь многоступенчатого преобразования топлива в энергетическую продукцию с наработкой концентрированных топливных фракций типа генераторного газа, сжигание которых ведут напрямую в газотопливных котлоагрегатах, без предварительного обессеривания, а обезвреживание дымовых выбросов основной ветви расходуемого материалопотока производят как комплексную операцию с частичной ликвидацией зольных отходов вспомогательной ветви расходуемого материалопотока, для чего производят смывное эвакуирование гидротранспортным методом накапливаемой сухой зольной массы, выдерживают ее в контакте с гидротранспортным агентом до получения насыщенного щелочного раствора реакционно-активных зольных составляющих, и затем используют полученный раствор в качестве абсорбента типа водно-котловой электролитной пены, образуемой путем проведения барботажа через раствор обезвреживаемых дымовых выбросов, причем при многоручьевом осуществлении формирования расходуемого топливного материалопотока соотношение интенсивностей его основной и вспомогательной ветвей выдерживают в пределах 6:4 8:2 (мас. ч.), высоту слоя получаемой пены поддерживают на уровне 0,40-1,20 м, а его газонаполнение на уровне 50:70 объема.

Поддержание соотношения интенсивностей основной и вспомогательных ветвей расходуемого топливного материалопотока величиной большей, чем 8:2, не позволяет получить достаточное количество легковыщелачиваемой малозашлакованной золы, пригодной для приготовления необходимого количества абсорбента, способного без остатка нейтрализовать обезвреживаемые дымовые выбросы. Поддержание этого же соотношения величиной, меньшей, чем 6 4, не позволяет достичь достаточной экономии топлива и уменьшить в связи с этим общее количество требующих обезвреживания выбросов.

Поддержание высоты слоя получаемой из щелочного абсорбента пены на уровне ниже, чем 400 мм, не обеспечивает требуемого времени контакта с ней проходящих через абсорбционную систему дымовых выбросов, что не позволяет уменьшить ниже допустимого значения коэффициент проскока через абсорбционную систему сернистых дымовых загрязнений. Поддержание этой высоты на уровне, большем 1200 мм, приводит к повышению сопротивления слоя пены газовому потоку и "захлебыванию" абсорбера.

Поддержание газонаполнения слоя пены на уровне менее 50 объемных приводит к уменьшению ниже достаточного значения величины поверхности контакта жидкой и газовой фаз в абсорбционной системе и, как следствие, к повышению коэффициента проскока через абсорбционную систему сернистых загрязнений. Поддержание газонаполнения этого же слоя уровня выше 70 объемных приводит к чрезмерному снижению толщины стенок пленочного каркаса пенной фазы, что ведет к потере этим каркасом устойчивости и, как следствие, к проскоку через абсорбционную систему необезвреженных дымовых выбросов.

Подтверждением существенности отмеченных отличий является отсутствие проявления известными аналогами полезных свойств, вытекающих из предложенного решения. Так, например, известно явление пенообразования в котловых водах и в водных растворах электролитов (см. монографию: В.К.Тихомиров."Пены. Теория и практика их получения и разрушения". Москва: Химия. 1983, с. 194). Это явление рассматривается безотносительно к возможности получения какого-либо положительного эффекта и учитывается как вредное.

Для реализации предложенного способа служит установка, структурная схема которой представлена на прилагаемом чертеже.

Установка содержит секцию 1 подготовки сырья для многоручьевого формирования из топливной массы расходуемого материалопотока и водозаборную секцию 2 для накопления запаса расходуемой чистой воды. На выходе из сырьеподготовительной секции 1 размещен твердотопливный котлоагрегат 3 для одноступенчатого преобразования топлива вспомогательной ветви материалопотока в целевую энергетическую продукцию. Параллельно этому котлоагрегату размещены газогенераторная система 4 и газотопливной котлоагрегат 5 для многоступенчатого преобразования топлива основной ветви расходуемого материалопотока в целевую энергетическую продукцию с промежуточным получением генераторного газа, сжигаемого напрямую без предварительного удаления сернистых загрязнений. Кроме этого, установка оснащена гидрозолоосадительной системой 6, связанной с системой прудов-накопителей 7 для ликвидации подвергаемых складированию зольных отходов. Указанная система 7 оборудована насосной станцией 8. Котлоагрегаты 3,5 оснащены системой 9 сбора дыма. На выходе из этой системы размещено устройство для очистки дыма от сернистых соединений, куда входит абсорбционный аппарат скрубберного типа, скомплектованный из двухступенчатого пенного аппарата 10, подскрубберного сборника 11 и гидрозатвора 12. Пенный аппарат 10 оснащен крупнодырчатой провальной противоточной пенообразующей решеткой 13, сотовым стабилизатором 14, щелокооросителем 15 и водооросителем 16 входной ступени, пенообразующей решетки 17, сотового стабилизатора 18 и щелокооросителем 19 выходной ступени. На выходе из пенного аппарата 10 размещена конвенционная топка 2Э для подогрева очищенных от сернистых соединений дымовых выбросов, выведенных на дыморассеивающую систему 21.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

Для получения энергетической продукции используют серусодержащее твердое ископаемое топливо, в частности горючий сланец Прибалтийского бассейна следующего состава: содержание влаги 8-11% мас. содержание золы (А^с) 48-50 содержание D>) 48+50 содержание минеральной двуокиси углерода (CO₂мин.) 20-22 содержание органического вещества в расчете на сухую массу (ОМ) 28-32 теплота сгорания (0^a_o) 2800-3300 ккал-кг.

Формирование расходуемого материалопотока осуществляется его разделением в секции подготовки сырья 1 на вспомогательную и основную ветви преобразования топлива в энергетическую продукцию.

Интенсивность основной и вспомогательной ветвей топливного материалопотока приводили в задаваемое соотношение, следя за тем, чтобы его значение соответствовало минимальной предельной величине допустимых значений (6:4).

После завершения многоручьевого формирования топливного материалопотока осуществили получение из топливной массы и чистой воды из водозаборной секции 2 целевой энергетической продукции, в частности, перегретого водяного пара.

Во вспомогательной ветви материалопотока осуществлялось одноступенчатое сжигание размолотого мелкокускового сланца в твердотопливном котлоагрегате 3.

В основной ветви преобразование топлива в энергетическую продукцию вели многоступенчато с наработкой в газогенераторной системе 4 концентрированных фракций типа генераторного газа, содержащего 11-13 г/нм³ сероводорода. Сжигание генераторного газа вели в газотопливном котлоагрегате 5 напрямую без предварительного обесcеривания. При этом энергия, получаемая от сгорания сероводорода генераторного газа, расходовалась на получение дополнительного количества энергетической продукции.

Образующиеся во вспомогательной ветви после сжигания сланца зольные отходы смываются гидротранспортным агентом, полученная суспензия через гидрозолоосадительную систему 6 поступает в пруды-накопители 7. В качестве гидротранспортного средства обычно используется технически или природно чистая вода, а также вода оборотного цикла.

Выдерживание золы в контакте с гидротранспортным средством в прудах-накопителях продолжается в среднем 20-25 суток. В результате выщелачивания и отстоя золы образуется водный насыщенный раствор, практически не содержащий взвешенных частиц и обладающий высоким значением pH.

Производится такое поверхностное обезвреживание дымовых выбросов вспомогательной ветви от пыли и циклонах и электрофильтрах.

Дымовые выбросы основной ветви топливного материалопотока, содержащие 3000-4000 мг/нм³ (125-167 мг-экв/нм³) двуокиси углерода, 2300-3100 мг/нм³ (87-97 мг-экв/нм³) сернистого газа, обезвреживаются комплексно с утилизацией зольных отходов вспомогательной ветви материалопотока, для чего направляются через систему сбора дыма 9 в устройство для очистки дыма от сернистых соединений и частично двуокиси углерода, куда входит абсорбционный аппарат скрубберного типа, скомплектованный из двухступенчатого пенного аппарата 10, подскрубберного сборника 11 и гидрозатвора 12. Пенный аппарат оснащен двумя крупнодырчатыми провальными противоточными пенообразующими решетками 13, 17, сотовыми стабилизаторами 14, 18, щелокооросителями 15, 19, водооросителем входной ступени 16. На выходе из пенного аппарата 10 размещена конвекционная топка 20 для подогрева очищенных от сернистных соединений дымовых выбросов, выведенных на дыморассеивающую систему 21. В качестве абсорбента для улавливания кислых сернистых соединений дымовых газов, образующихся при сжигании генераторного газа в топке котла, используют насыщенный щелочной раствор после прудов-накопителей 7. Процесс протекает в абсорбере путем барботажа дымовых газов через пенный слой, скорость пропускания дымовых газов 2,5-5,0 м/сек (в пересчете на газ при условно нормальных условиях). Расход щелочи и условных ангидридоосадителей возмещается подводом свежего аброрбента, вводимого в систему путем орошения пенного слоя жидкой фазой. Плотность орошения 5-50 м³ абсорбента на 1 м² поперечного сечения аппарата. Расход орошения 1 л/нм ³ дымовых газов.

Характеристика абсорбента до и после улавливания кислых компонентов дымовых газов представлена в табл. 1.

Подвод свежего абсорбента осуществляли многостадийно с выделением в техническом процессе обособленных начальной и концевой стадии. На начальной стадии производили дополнительное орошение пенного слоя чистой природной водой. При проведении процесса абсорбции дымовых газов следят за сопротивлением на каждой ступени, которое должно быть в пределах 125 150 мм вод. ст. при этом высота слоя пены 400 мм, газонаполнение слоя 50 объемных. Анализ очищенных после абсорбции газов показал, что степень десульфуризации составляла 85 мас. степень денитрификации 32 мас. степень декарбонизации 85 мас. обеспыливание 99,0 мас% Пример 2. При всех прочих условиях проведения процесса соотношение интенсивностей основной и вспомогательной ветвей топливного материалопотока поддерживали соответствующим максимальной величине из предела допустимых значений, в частности равным 8/2 долей массовых. Поддерживание высоты слоя пены и его газонаполнение осуществляли на уровнях, соответствующих максимальным величинам из интервалов допустимых значений. В частности, высоту слоя пены поддерживали равной 1200 мм, а газонаполнение 70 Анализ очищенных после абсорбции газов показал, что степень десульфуризации составила 98 мас. степень денитрификации 34 мас. обеспыливание 99,9 мас.

Пример 3. При всех прочих равных условиях проведения процесса выдерживание соотношения интенсивности основной и вспомогательной ветвей топливного материалопотока высоты слоя пены и его газонаполнение осуществляли на уровнях, соответствующих промежуточным величинам из интервалов допустимых значений. В частности, соотношения интенсивностей основной и вспомогательной ветвей топливного материалопотока поддерживали равным 7/3, высоту слоя пены поддерживали равной 950 мм, газонаполнение 65 объемных.

Анализ очищенных после абсорбции газов показал, что степень десульфуризации равна 96 степень денитрификации 33 степень декарбонизации 86 обеспыливание 99,5 Сведения об экологической чистоте энергетической продукции, характеризуемой состоянием дымовых выбросов по каждому из примеров реализации предложенного способа, помещены в таблицу 2, в которой они даны в соответствии с принятым за базовый объект способом получения энергии на ТЭЦ СПЗ "Сланцы".

Из представленной таблицы видно, что наиболее интенсивными режимами и параметрами предложенного способа, являются те, которые отражены в примере 2, но при этом значительно возрастают энергозатраты на создание пенного слоя.

Наиболее оптимальным режимом с точки зрения энергетических затрат является режим в примере 3.

Техническими преимуществами предложенного способа, по сравнению с прототипом, является повышение степени замкнутоcти технологических потоков поддерживаемого топливного цикла и снижение выбросов пыли и сернистого газа.

Формула изобретения

Способ сжигания серусодержащих твердых ископаемых топлив, включающий формирование из топливной массы расходуемого материалопотока, получение из топливной массы целевой энергетический продукции, ликвидацию подвергаемых складированию зольных отходов и обезвреживание подвергаемых рассеиванию дымовых выбросов, отличающийся тем, что формирование из топливной массы расходуемого материалопотока производят как многоручьевое, в ходе которого осуществляют разделение этого потока на вспомогательную ветвь одноступенчатого преобразования топлива в энергетическую продукцию в твердотопливных котлоагрегатах и на основную ветвь многоступенчатого преобразования топлива в энергетическую продукцию с наработкой концентрированных топливных фракций типа генераторного газа, сжигание которых ведут напрямую в газотопливных котлоагрегатах без предварительного обессеривания, а обезвреживание дымовых выбросов основной ветви расходуемого материалопотока производят как комплексную операцию с частичной ликвидацией зольных отходов вспомогательной ветви расходуемого материалопотока, для чего производят смывное эвакуирование гидротранспортным методом накапливаемой сухой зольной массы, выдерживают ее в контакте с гидротранспортным агентом до получения насыщенного щелочного раствора реакционно-активных зольных составляющих, затем используют полученный раствор в качестве абсорбента типа водно-котловой электролитной пены, образуемой путем проведения барботажа через раствор обезвреживаемых дымовых выбросов, причем при многоручьевом осуществлении формирования расходуемого топливного материалопотока соотношение интенсивностей его основной и вспомогательной ветвей выдерживают в пределах 6:4 8:2 (мас.ч.), высоту слоя получаемой пены поддерживают на уровне 0,40-1,20 м, а его газонаполнение на уровне 50:70 об.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3