geriausios valymo įrangos dūmų išvalymui nuo sieros oksidų parinkimas.

Užduotis: Parinkti geriausią valymo įrangą dūmų išvalymui nuo sieros oksidų.
Duomenys: Susidaranti tarša sieros oksidai.
Užteršto oro kiekis: 370000 m³.

Parinkimas:
Deginant kurą organinį kurą, jame esanti siera oksiduojasi, sudarydama SO2 ir SO3. 99-97% sieros oksidų išsiskiria SO2 pavidale, SO3 sudaro 1-3 %. Kure esantys V, Ni metalai turi katalitinių savybių, spartinančių SO3 susidarymą, todėl didėjant šių metalų kiekiui kure, didėja SO3 kiekis.
Sieros trioksidas yra adsorbuojamas kietųjų dalelių ir didina jų rūgštingumą, sieros dioksidas ore ir dirvožemyje reaguoja su vandeniu, sudarydamas sieros rūgštį. Lietuvoje gaminamo mazuto sieringumas ribojamas 2,,5%, Rusijos standartas leidžia iki 3,5%S.
Orimulsijos sieringumas – iki 3%. Deginant šį kurą be valymo įrenginių, sieros dioksido koncentracija dūmuose siektų atitinkamai 4300 mg/Nm3, 6000 mg/Nm3 ir 7200 mg/Nm3, prie 3% O2. Išmetamų sieros oksidų koncentraciją didelių kurą deginančių įrenginių dūmuose Lietuvoje reglamentuoja „Išmetamų teršalų iš didelių kurą deginančių įrenginių normos“, patvirtintos LR aplinkos ministro 2001 m. rugsėjo 28 d. įsakymu Nr.486 bei “Kuro ir degalų kokybės aplinkosauginiai rodikliai”, patvirtinti aplinkos ministro, ūkio ministro ir susisiekimo ministro
2001 m. rugpjūčio 31 d. įsakymu Nr. 438/268/266. Šiuose normatyviniuose dokumentuose perkeltos pagrindinės Europos Sąjungos direktyvų 88/609/EEC irr 2001/80/EC ir sieros kiekio ribojimo tam tikrų rūšių skystajame kure 1999/32/EC nuostatos. Pagal Lietuvos ir ES normatyvinius dokumentus, nuo 2004 metų sausio 1 dienos įsigalioja draudimas deginti skystą kurą, kuriame sieros kiekis viršija 1 procentą, nebent SO2 koncentracija dūmuose siektų mažiau nei 17

700 mg/Nm3. Nuo 2008 m. sausio 1 d. sieros oksidų koncentracija virš 500 MW šiluminės galios įmonėms bus sumažinta iki 400 mg/Nm3. Iki 2008 m. sieros oksidų koncentraciją dūmuose bus leidžiama sumažinti deginant vienu metu sieringą ir mažai sieringą kurą tokia proporcija, kad nebūtų viršijama SO2 ribinė vertė. Nuo 2008 m. sausio 1 d. SO2 koncentracija bus perskaičiuojama kiekvienai kuro rūšiai atskirai, todėl reikalavimus SO2 taršos sumažinimui bus galima įvykdyti tik deginant mažai sieringą kurą arba valant dūmus nuo sieros oksidų. Lietuvos ir ES normos SO2 koncentracijai katilų išmetamuose dūmuose palygintos 1 lentelėje

1 lentelė. Didžiausios leidžiamos SO2 koncentracijos esamų katilų virš 500 MW šiluminio našumo dūmuose prie 3%O2, mg/Nm3

Taršos integruotos prevencijos ir kontrolės dokumentuose dėl didelių deginimo įrenginių nusierinimo metodai klasifikuojami tokiu būdu

1 pav. Dūmų nusierinimo metodų klasifikacija

Regeneraciniai nusierinimo metodai. Valant dūmus šiiais metodais, pirmoje valymo stadijoje sorbentas absorbuoja SO2, antroje yra regeneruojamas ir gražinamas valymui. Gautas antrinis produktas panaudojamas sieros arba sieros rūgšties gamybai. Willman-Lord regeneraciniame procese SO2 absorbavimui naudojamas Na arba K sulfitas. Iš susidariusių bisulfito NaHSO3 arba KHSO3 yra pagaminama sieros rūgštis, o regeneruotas sorbentas gražinamas į pirmąją valymo stadiją. Mg procese sieros oksidus absorbuoja magnio hidroksidas arba kt. magnio junginiai. Gautas magnio sulfitas separuojamas, džiovinamas, ir kalcinuojamas, kad atskirti surinktą SO2 ir regeneruoti sorbentą. Iš SO2 gaminama siera arba si

ieros rūgštis.
Kombinuoto SO2/NOx valymo technologija dar yra vystymo stadijoje. Pasaulyje yra nedaug komercinių valymo įrenginių. Juose naudojamas aktyvuotos anglies procesas ir katalitinės SNOX arba DESONOX sistemos.
Sauso regeneracinio valymo Reinfult procese absorbcijai naudojama aktyvuota anglis. Dūmai praleidžiami pro įkaitintą anglies sluoksnį gilaus vakuumo sąlygomis. Sieros dioksidas anglies sluoksnyje oksiduojasi iki SO3 ir, reaguodamas su vandeniu, sudaro sieros rūgštį.
Regeneracijos sekcijoje aktyvuota anglis ataušinama, iš jos išsiskyrę sieros junginiai nukreipiami sieros rūgšties gamybai, o anglis gražinama valymui.
Idealiu atveju regeneracinėje valymo technologijoje turėtų užtekti pradinio sorbento kiekio ir nelikti atliekų, tačiau praktiškai gaunami šalutiniai produktai, kuriuos reikia tvarkyti, o sorbento kiekį tenka nuolat papildyti. Regeneracinio tipo valymo įrenginiai sugaudo virš 90% sieros oksidų, tačiau jie yra labai brangūs ir naudoja daug elektros energijos. Todėl didesnėse elektrinėse retai naudojami. Sorbentą regeneruojantys dūmų valymo įrenginiai užima apie 3% nusierinimo įrenginių rinkos.
Neregeneraciniai metodai Dideliuose deginimo įrenginiuose daugiausiai naudojami neregeneraciniai valymo metodai. Skysto kuro dūmams valyti taikomas pusiau sausas arba šlapias valymas. Sauso sorbento inžektavimo metodas daugiausiai naudojamas kieto kuro katilams.
Pusiau sausas valymas. Valant dūmus pusiau sausu metodu, reakcija tarp SO2 ir sorbento vyksta džiūvant lašeliams. Kontakto laikas tarp lašelių ir dūmų yra trumpas, todėl reikalingas aktyvus sorbentas – kalkės. Kalkių dalelės labai efektyviai absorbuoja SO2, sudarydamos pusvandenį kalcio
sulfitą ir sulfatą:
SO2 +
Ca(OH)2 → CaSO3 Ѕ H2O(s) + Ѕ H2O,
SO2 + Ca(OH)2 + Ѕ O2 → CaSO4 Ѕ H2O(s) + Ѕ H2O.
Be to, dalis kalkių reaguoja su dūmuose esančiu anglies dioksidu:
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3(s) + H2O.
Lašeliams išdžiūvus, gaunamas sausos dalelės, sudarytos iš kalcio sulfito/sulfato mišinio, nesureagavusių kalkių ir pelenų. Kai prieš nusierinimo įrenginį naudojamas elektrostatinis arba rankovinis filtras, gaunamos švarios kalcio sulfito/sulfato atliekos.
Nesureagavusių kalkių ir pasigaminusio antrinio produkto dalelės sugaudomos elektrostatiniu arba rankoviniu filtru. Didžioji dalis filtre surinktų produktų kiekio gražinama atgal į nusierinimo reaktorių. Antrinių produktų perteklius tiekiamas į atliekų surinkimo bunkerį. Šiuo principu pagrįstas ir NID nusierinimo įrenginių veikimas,. Juose gesintų kalkių dalelės iš maišyklės yra įpurškiamos į reaktoriaus kanalą, įrengtą prieš rankovinį filtrą. Siekiant padidinti SO2 absorbcijos efektyvumą, į dūmus bus įpurškiama ir vandens, kad dūmų temperatūra būtų 65-75oC, drėgmė sudarytų 40-50 %. Tokiomis sąlygomis kalkių dalelės labai efektyviai absorbuoja SO2. Nesureagavusių kalkių ir pasigaminusio antrinio produkto dalelės kaupsis ant rankovinio filtro ir periodiškai bus nukratomos į filtro apačioje esantį surinkimo bunkerį, iš kur bus gražinama atgal į nusierinimo. Susidaręs nusierinimo produktų perteklius bus surenkamas į atskirą bunkerį

2. pav. NID dūmų valymo technologinė schema

Pusiau sauso valymo įrenginiai yra pigesni už šlapius skruberius, bet juose naudojamas brangesnis sorbentas – kalkės. Didelis pusiau sauso valymo metodo privalumas yra tai, kad visas kalkių piene esantis vanduo išgarinamas ir nebereikia jo valyti. Pagrindiniai šio metodo trūkumai yra ma

ažesnis išvalymo efektyvumas ir liekančios nusierinimo atliekos, kurios neturi komercinės vertės. Prieš valymo įrengimus pastačius elektrostatinį filtrą, galima gauti švarų antrinį produktą, iš kurio su atskira technologija vėliau galima pagaminti gipsą.
Šlapias valymas. Plačiausiai dūmų nusierinimui dideliuose deginimo įrenginiuose naudojamas šlapias metodas. Valant dūmus šiuo metodu galima panaudoti įvairias absorbuojančias medžiagas. Jeigu elektrinė yra šalia jūros, galima panaudoti jūros vandens savybę absorbuoti ir neutralizuoti SO2. SO2 ištirpdomas praplaunant skruberyje su dideliu kiekiu jūros vandens ir oksiduojamas iki sulfato SO4 – Panaudotas vanduo neutralizuojamas ir išleidžiamas atgal į jūrą. Nežiūrint absorbento pigumo, toks metodas naudojamas retai dėl didelės gamtosauginės rizikos. SO2 galima absorbuoti ir su skystu amoniaku. Gaunama amonio salietra, kuri panaudojama kaip trąšos žemės ūkyje. Industrinėse valstybėse yra perteklius švarios amonio salietros ir taikomi griežti reikalavimai trąšų kokybei. Todėl sudėtinga realizuoti dūmų nusierinimo būdu pagamintą amonio salietra. Šis metodas buvo pritaikytas keliose elektrinėse Kinijoje bendram galingumui apie 200 MWe. Dėl panašių priežasčių – reagentų didelės kainos ir sunkumų, kylančių realizuojant pagamintą antrinį produktą, retai naudojami ir natrio hidroksido bei vandenilio peroksido skruberiai.
Geriausiai įsisavintas ir laikoma standartiniu SO2 valymo būdu yra šlapias metodas, naudojantis klintis kaip SO2 absorbuojančią medžiagą.
Šlapias CaCO3-gipso metodas. Tokia technologija naudojama apie 80% pasaulyje esančių nusierinimo įrengimų. Valant šiuo būdu, iš dūmų išgaudomos kietosios dalelės ir po to dūmai ataušinami regeneraciniame šilumokaityje ir praleidžiami per šlapią skruberį ir oksidacijos įrenginį, kuriuose nuosekliai vykdomos absorbcijos ir oksidacijos reakcijos:
CaCO3 + SO2 + ЅH2O → CaSO3Ѕ(H2O) +CO2,
CaSO3Ѕ(H2O) + ЅO2 + 1ЅH2O → CaSO42(H2O).
Žinomos įvairios skruberių konstrukcijos:
* skruberio bokštas, kuriame sukuriamas didelis lašelių ir dūmų sąlyčio plotas, išpurškiant valymo skiedinį bokšto viršuje;
* plokščios konstrukcijos skruberis, kuriame dūmai praburbuliuojami per skiediniu užpildytus indus;
* perforuotų plokščių skruberis, kuriame skiedinio plėvelė apiplauna perforuotas plokštes, o per jų skyles praleidžiami dūmai. Plėvelė sudraskoma į burbulus, tuo sudarant reikalinga dūmų ir valymo reagento sąlyčio plotą;
* užpildytas skruberis, kuriame dūmai teka per užpildą iš apačios į viršų, o viršuje ant užpildo pilamas skiedinys;
* judančio užpildo sluoksnio skruberis, besiskiriantis nuo paprasto užpildyto skruberio tuo, kad jame dūmai judina užpildančią medžiagą, nuvalydami jos paviršių bei pagerindami masės mainus.
Paprasčiausios konstrukcijos šlapiame kalkių/klinties/gipso skruberyje visos cheminės reakcijos vykdomos viename absorberyje, todėl toks skruberis užima mažiau vietos, yra pigesnis ir naudoja mažiau energijos. Absorberio bokšto apačioje susikaupusios nuosėdos yra aeruojamos, kad visas kalcio sulfitas pabaigtų oksiduotis iki sulfato ir vandens terpėje susiformuotų gipso kristalai CaSO4•2H2O. Vanduo atskiriamas hidrociklonais ir vakuumfiltru, o likęs gipsas supilamas į talpas. Šlapio valymo įrenginiuose sugaudoma virš 95% sieros ir gaunamas gipsas iki 95% grynumo.
Nusierinimo technologijoje, priklausomai nuo kristalizacijos režimo, gaunamos apvalios (A gipsas) arba adatinės (B gipsas) formos gipso dalelės. A gipso dalelių dydis 40-60 μm, tankis – 1.2 t/m3, B gipso – dalelės < 30 μm, tankis – 0.5 t/m3. Vandens ciklonais ir vakuumfiltrais atskyrus vandenį, gipso drėgnumas sudaro apie 10%.
Jeigu dūmai prieš nusierinimo įrenginius praeina per elektrostatinį ar rankovinį filtrą, gaunamas aukštos kokybės komercinis gipsas, savo savybėmis nesiskiriantis nuo natūralaus: CaSO4x2H2O
>95%, MgO < 0,1%, chloridų < 0,01%, Na2O < 0,06%, surišto SO2 <0,25%, pH – 5 – 9, baltumas >80%, bekvapis ir netoksiškas.
Šiuolaikiniuose nusierinimo įrenginiuose SO2 reakcijos su CaCO3 arba CaO vyksta artimu stechiometriniam santykiu, o pagamintame produkte gipso dalis sudaro ne mažiau 95%.

3 pav. Šlapio CaCO3-gipso dūmų valymo technologinė schema

Nusierinimo įrenginių eksploatacinės savybės palygintos 2 lentelėje.

2 lentelė Nusierinimo įrenginių eksploatacinių savybių palyginimas

Leave a Comment