Лекция 4. Удаление серы из мазута
Метод прямого обессеривания
Десульфуризация газа и жидкого топлива
Десульфуризация в котле
СибВТИ разработал низкотемпературное сжигание КАУ (канско-ачинских углей). При этом происходит связывание 30–50% серы кальцием золы в обычной топке. В случае ввода активированной золы в тракт котла связывание серы возрастает до 80%. При установке тканевого фильтра происходит еще до 5% связывания серы.
Активирование золы – размол ее в струйной мельнице с разрушением стекловидной поверхностной оболочки значительной доли частиц. При этом существенно вырастает абсорбционная способность эоловых частиц.
Кузнецкий уголь – снижение выбросовоксидов серы до 300–400 мг/м3 обеспечивается "сухой" технологией – вводом известняка в верхнюю часть топочной камеры.
"Мокросухая" технология – это ввод известковой суспензии в форкамеру перед первым полем электрофильтра. Это российско-американская технология.
Косвенное обессеривание – это вакуумная перегонка или селективная экстракция, затем более легкие компоненты обессериваются гидроочисткой и вновь смешиваются с общей массой нефти. Невозможно получить по такой технологии топливо с Cs < 1%.
|
|
– нефтяной остаток подвергается каталитической гидрообработке в среде H2 при повышенных температуре и давлении без отделения (предварительного) более тяжелой части.
Трудности:
· наличие в нефтяных остатках тяжелых металлов – "отравителей" катализаторов.
· наличие в составе мазутов асфальтенов – крупных органических структур с большим количеством ароматических ядер, насыщенных серой, которые закоксовывают катализаторы.
В генератор подается мелкораспыленный форсунками подогретый мазут и нагретый в компрессоре воздух давлением около 6 бар.
Газификация достигается в результате частичного сжигания мазута при недостатке воздуха (α=0,4–0,45).
При этом в генераторе происходит повышение температуры до 1300 °С и несгоревшая часть мазута подвергается гидролизу.
Продукты газификации содержат: CO2 = 0,029; CO = 0,225; H2 = 0,175;
CH4 = 0,001; N2 =0,566 (долей объемных). Такой газ имеет Qн = 1200 ккал/м3.
Согласно технологической схеме (рис. 4.1) происходят следующие процессы.
Рис. 4.1. Схема гизификации сернистого мазута на ТЭС
с очисткой продуктов газификации
Продукты газификации направляют из генератора в котел – утилизатор (включен в основную схему ТЭС), где они охлаждаются с 1300
до 350–400 °С, затем в газо-газовый теплообменник (ГГТ), в котором они охлаждаясь до 200 °С, подогревают очищенный от сероводорода газы до 300 °С.
Из теплообменника продукты газификации направляются в систему очистки от твердых частиц (скруббер, трубы Вентури с брызгоуловителем и пенным промывателем). Улов частично направляется на дожигатель в генератор.
|
|
Очищенные от сажи газы поступают в адсорбер, орошаемый щелочным реагентом для поглощения сероводорода. Продукты после поглощения сероводорода поступают на регенерацию, с выделением сероводорода (30–50% Скон). Далее H2S используется для производства элементарной серы. Очищенные насыщенными парами газы подогреваются в газо-газовом теплообменнике и поступают в газовую турбину, где вновь после работы в ней охлаждаются до 160 °С и далее направляются к горелкам котла.
Преимущества:
· газы свободны от окислов серы и ванадия, а также содержат меньше окислов азота, так как температурный уровень в топочной камере ниже, чем при сжигании высококалорийного топлива;
· объем продуктов газификации составляет всего лишь 4–5% объема дымовых газов из-за высокого давления процесса газификации;
· получается элементарная сера. Удаление серы и ванадия достигается более полно, чем на НПЗ.
Недостатки:
· дополнительное производство с незнакомыми персоналу продуктами. Оборудование нельзя установить на действующих станциях из-за компоновочных сложностей;
· на ТЭС значительно усложняются вопросы техники безопасности и охраны труда, общей безопасности, производства, ремонта;
· снижение экономичности выработки электроэнергии.
Связывание серы в процессе сжигании мазута в кипящем слое частиц известняка.
Сернистый мазут сжигается в кипящем слое твердых частиц, в который погружены поверхности нагрева котла.
При этом теплообмен в топочном устройстве более интенсивен, чем при камерном сжигании, на 90% химически связывается сера, содержащаяся в топливе при сжигании.
Пониженный уровень температур в зоне горения, а значит – меньше образование окислов азота в продуктах сгорания.
Пример (один из вариантов): сжигание сернистого мазута в кипящем слое частиц известняка.
Стадии процесса:
· измельчение в дробилке;
· псевдоожижнной слой дроблёнки в топке;
· термическая диссоциация CaCO3= CO2+CaO
4CaO +4S=CaSO4+3CaS и поглощение серы;
· удаление отработавшегося известняка на регенерацию.
Замыкание процесса происходит в кипящем слое частиц окиси кальция при атмосферном давлении с регенерацией окиси кальция и повторным ее использованием.
Согласно технологической схеме рис. 4.2 происходят процессы:
Рис. 4.2. Сжигание сернистого мазута в кипящем слое частиц известняка
Кусковой известняк CaCO3 измельчается в дробилке, а из дробилки отсеивается фракция, крупные частицы которой имеют размер 5мм, а меньшие (меньше 2 мм) отсеиваются от фракции, чтобы избежать их выноса из кипящего слоя с продуктами сгорания.
Фракция известняка поступает в бункер, далее пневмотранспортом в топочное устройство котла на беспровальную решетку слоем 1–1,2 м, под которую подается воздух на горение. В кипящий слой частиц по мазуто-проводу равномерно распределяется мазут. В слой заведены также поверхности нагрева котла, отбирающие тепло от кипящего слоя и поддерживающие температуру 850 °С.
Термическая диссоциация известняка происходит по реакциям:
CaCO3=CO2+CaO
4CaCO+4S=CaSO4+3CaS
сульфат сульфид
Окись кальция, реагируя с серой сжигаемого мазута, образует в восстановительной зоне сульфид, в окислительной – сульфат кальция. Часть частиц кипящего слоя, поглотившего серу топлива, через переливное устройство непрерывно удаляется из слоя в бункер отработавшего известняка, из него пневмотранспортом подается в регенератор. Свежий известняк добавляется на подпитку.
В регенераторе по принципу кипящего слоя проходит реакция на беспровальной решетке:
3CaSO4+CaS=4SO2+4CaO при Т=1000–1100 °С
|
|
Под решетку подаются продукты сгорания топлива, а в слой – регенерируемый материал.
Недостатки:
· необходимы изменения конструкции парогенераторного оборудования, новые агрегаты и системы;
· новые пылевидные отходы и новые задачи по обеспечению экологичности ТЭС. Кооперация ТЭС с производством серной кислоты или серы связаны с выбросами загрязняющих веществ на очень низких отметках;
· жидкое топливо, подаваемое на ТЭС и ТЭЦ, ограничено.