Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТАНОВКА МОКРОГО ТИПА ДЛЯ ОБЕССЕРИВАНИЯ ТОПОЧНЫХ ГАЗОВ И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВЕРДОГО ОБЕССЕРИВАЮЩЕГО ВЕЩЕСТВА
УСТАНОВКА МОКРОГО ТИПА ДЛЯ ОБЕССЕРИВАНИЯ ТОПОЧНЫХ ГАЗОВ И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВЕРДОГО ОБЕССЕРИВАЮЩЕГО ВЕЩЕСТВА

УСТАНОВКА МОКРОГО ТИПА ДЛЯ ОБЕССЕРИВАНИЯ ТОПОЧНЫХ ГАЗОВ И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВЕРДОГО ОБЕССЕРИВАЮЩЕГО ВЕЩЕСТВА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: изобретение относится к способу и установке для обессеривания топочных газов. Сущность: отработанный газ, выпускаемый из аппаратуры горения, такой, как котел, контактирует с поглощающей жидкостью для поглощения окиси серы из отработанного газа в поглощающую жидкость; частицы известняка, имеющие больший диаметр, избирательно оставляются в зоне, где нейтрализуется поглощающая жидкость, которая поглощает окись серы в отработанном газе, а поглощающая жидкость, содержащая в качестве основных составляющих воду и гипс, образованный окисью серы, избирательно выводится из зоны нейтрализации, чтобы вновь привести ее в контакт с отработанным газом. В это время поглощающая жидкость, приведенная в контакт с отработанным газом, содержит в качестве основной составляющей воду, так что качество обессеривания может существенно снизиться вследствие изменения нагрузки котла и т.п. Для регулирования выходной концентрации SO2 в заданном диапазоне значений концентрации осуществляют регулирование более чем одного параметра, выбранного из таких параметров, как скорость потока циркулирующей поглощающей жидкости, подлежащей подаче для обеспечения контакта с отработанным газом, количество твердого обессеривающего вещества, подлежащего введению в поглощающую жидкость, диаметр частиц твердого обессеривающего вещества и скорость перемещения твердого обессеривающего вещества в зоне нейтрализации, благодаря чему осуществляется управление выходной концентрацией SO2 установки обессеривания для попадания ее в диапазон заранее заданного значения, путем регистрации не менее чем одного параметра, выбранного из группы, включающей нагрузку котла, содержание серы в горючем, сжигаемом в котле, скорость потока отработанного газа, входную концентрацию SO2 в установке обессеривания или значение рН поглощающей жидкости в зоне нейтрализации или потерю давления в зоне нейтрализации, крутящий момент перемешивающего устройства, концентрацию твердых веществ поглощающей жидкости, удельный вес и вязкость поглощающей жидкости. Изобретение позволяет повысить степень управляемости по изменениям количества отработанного газа или концентрации в нем SO2. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 27 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2140809
Класс(ы) патента: B01D53/34, F27B17/00
Номер заявки: 96112162/02
Дата подачи заявки: 11.05.1995
Дата публикации: 10.11.1999
Заявитель(и): Бабкок-Хитачи Кабусики Кайса (JP)
Автор(ы): Киккава Хирофуми (JP); Накаджима Фумито (JP); Каку Хиройюки (JP); Такамото Шигехито (JP); Ишизака Хироши (JP); Нозава Шигеру (JP); Нишимура Масакатсу (JP); Накамото Таканори (JP)
Патентообладатель(и): Бабкок-Хитачи Кабусики Кайса (JP)
Описание изобретения: Изобретение относится к установке и способу мокрого типа для обессеривания топочных газов, и в частности, к установке мокрого типа для обессеривания топочных газов и к способу использования твердого обессеривающего вещества для экономичного удаления окислов серы в топочных газах, выходящих из аппаратуры горения, такой как котлы, с высоким качеством обессеривания, меньшим истиранием насоса для циркуляции поглощающей жидкости и сопла для ее распыления, меньшим ухудшением качества обессеривания из-за алюминиевых и фторовых составляющих в поглощающей жидкости, сниженной мощностью для измельчения твердых обессеривающих веществ, таких как известняк, и прекрасной управляемостью по изменениям количества отработанного газа или концентрации в нем SO2.
Окислы серы в топочных газах, вырабатываемые в результате сгорания ископаемого топлива в тепловых силовых установках и т.д., особенно двуокись серы (обозначаемая далее просто как SO2) являются одним из основных источников, вызывающих глобальные проблемы окружающей среды, такие как загрязнение воздуха, кислотные дожди и т.п. Таким образом, изучение способов обессеривания топочных газов для удаления из них SO2 и разработка установок обессеривания топочных газов являются важными вопросами.
В качестве таких способов обессеривания топочных газов предложены различные технологические приемы, хотя главным является обработка мокрого типа. Обработка мокрого типа включает в себя натриевый, кальциевый и магниевый способы, использующие в качестве поглотителей соответственно натрий, кальций и магний. Натриевый способ превосходен прежде всего по реакционной способности между поглотителем и SO2, но используемые натриевые составляющие очень дороги. Вот почему в системах обессеривания топочных газов больших котлов в силовых установках наиболее широко применяется кальциевый способ, использующий относительно дешевые кальциевые составляющие, такие как углекислый кальций.
Способ обессеривания, использующий такие кальциевые составляющие в качестве поглощающей жидкости, в общем случае подразделяется на системы с распылением, с увлажненной стенкой и с барботированием в зависимости от различий в способе контактирования газа и жидкости. Хотя каждая система имеет свои выдающиеся отличительные свойства, система с распылением значительно популярнее и надежнее и потому имеет наиболее широкое применение в мире. Обычная система обессеривания с распылением когда-то содержала три башни: градирню для охлаждения отработанного газа и удаления из него пыли, башню обессеривания для распыления поглощающей жидкости в отработанном газе для взаимодействия с SO2 и башню окисления для окисления сернистокислого кальция, образованного в башне обессеривания. Недавно разработана однобашенная система обессеривания (способ окисления в резервуаре), в которой башня обессеривания осуществляет функции охлаждения и окисления, и которая является теперь наиболее популярным способом в качестве системы распыления.
Фиг. 27 показывает пример обычной однобашенной установки обессеривания с распылением. В общем случае такая однобашенная система обессеривания содержит корпус 1 башни, впускную трубу 2, выпускную трубу 3, распыляющую форсунку 4, насосы 5 поглощающей жидкости, циркуляционный резервуар 6, перемешивающее устройство 7, воздуходувку 8, влагопоглотитель 9, спускные трубки 10 поглощающей жидкости, спускную трубку 11 гипса, подающую трубку 12 известняка, обезвоживатель 13, измеритель 21 значения pH и т.п. Несколько распыляющих форсунок 4 размещены в горизонтальном направлении, а несколько их ярусов загружены в вертикальном направлении. Перемешивающее устройство 7 и воздуходувка 8 соединены с циркуляционным резервуаром 6, расположенным в нижней части башни обессеривания, где находится поглощающая жидкость, тогда как влагопоглотитель 9 установлен в наивысшем положении башни обессеривания или в выпускной трубе 3.
Отработанный газ A, выпускаемый из котла, вводится в корпус 1 башни обессеривания из впускной трубки 2 и выходит через выпускную трубку 3. В ходе такого процесса в башню обессеривания насосами 5 поглощающей жидкости через спускные трубки 10 поглощающей жидкости накачивается поглощающая жидкость и распыляется в этой башне через множество форсунок 4 для получения газо-жидкостного контакта поглощающей жидкости и отработанного газа A. При этом распылении SO2 избирательно поглощается поглощающей жидкостью из отработанного газа A до образования сернистокислого кальция. Поглощающая жидкость, содержащая образованный таким образом сернистокислый кальций, остается в циркуляционном резервуаре 6, где при взбалтывании перемешивающим устройством 7 сернистокислый кальций в поглощающей жидкости окисляется воздухом B, подаваемым воздуходувкой 8, до образования гипса C. Обессеривающее вещество, такое как известняк D, добавляется в поглощающую жидкость в циркуляционном резервуаре 6 через подающую известняк трубку 12. Часть поглощающей жидкости в циркуляционном резервуаре 6, где находятся также известняк D и гипс C, еще раз закачивается насосами 5 поглощающей жидкости к распыляющей форсунке 4 через спускные трубки 10 поглощающей жидкости, тогда как другая ее часть закачивается в сушилку 13 через спускную трубку 11 гипса для сбора гипса C после обезвоживания. Малые капельки поглощающей жидкости, измельчаемые распыляющей форсункой 4, увлекаются отработанным газом A и собираются влагопоглотителем 9, расположенным на верхней части башни обессеривания.
Однако показанный на фиг. 27 аналог имеет следующие недостатки.
(1) Поглощающая жидкость содержит не только двууглекислый кальций (известняк), который поглощает SO2, но и значительное количество гипса, который ничего не вносит в поглощение. Если в поглощающей жидкости увеличивается пропорция известняка, чтобы улучшить качество обессеривания, то качество гипса снижается до непригодного уровня.
(2) Для измельчения известняка потребляется значительная энергия питания.
(3) Когда в поглощающей жидкости имеются еще и алюминиевые и фторовые составляющие, на поверхностях известняковых частиц образуются неактивные смеси, содержащие алюминий и фтор, что ухудшает качество обессеривания.
Соответственно, цель настоящего изобретения состоит в обеспечении установки и споcоба обессеривания топочных газов для того, чтобы разрешить вышеописанные традиционные проблемы, и в экономичном достижении более высокого качества обессеривания.
Другая цель настоящего изобретения состоит в обеспечении установки и способа обессеривания топочных газов, способных повысить качество обессеривания без снижения качества гипса, вырабатываемого в этом процессе.
Еще одна цель настоящего изобретения состоит в обеспечении установки и способа обессеривания топочных газов с высоким качеством обессеривания, способных снизить затраты на питание для измельчения известняка.
Дополнительная цель настоящего изобретения состоит в обеспечении установки и способа обессеривания топочных газов с высоким качеством обессеривания, способных легко разделять известняк, содержащийся в поглощающей жидкости, и образующийся в ней гипс.
Еще одна дополнительная цель настоящего изобретения состоит в обеспечении установки и способа обессеривания топочных газов, способных удерживать высокое качество обессеривания независимо от изменений в нагрузке аппаратуры горения, такой как котел и т.д., или в концентрации окислов серы в топочных газах.
Другие цели настоящего изобретения будут описаны в нижеследующих примерах.
Настоящее изобретение содержит следующие способ и устройство:
способ мокрого типа обессеривания топочных газов с использованием твердого обессеривающего вещества, в котором отработанный газ, выпускаемый из аппаратуры горения, такой как котел, контактирует с поглощающей жидкостью, твердое обессеривающее вещество избирательно оставляется в зоне нейтрализации для нейтрализации поглощающей жидкости, содержащей окись серы, поглощенной таким образом из отработанного газа, продукт реакции, вырабатываемый из окиси серы и поглощающей жидкости, содержащей воду в качестве основной составляющей, избирательно выводится, а поглощающая жидкость, слитая таким образом из зоны нейтрализации, затем контактирует с отработанным газом для поглощения содержащейся в нем окиси серы, отличающийся тем, что для обнаружения выбирается более чем один параметр из таких параметров, как нагрузка котла, содержание серы в горючем, сжигаемом в котле, скорость потока отработанного газа, входная/выходная концентрация SO2 в установке обессеривания или значение pH поглощающей жидкости в зоне нейтрализации или потеря давления в зоне нейтрализации, крутящий момент перемешивающего устройства, концентрация твердых веществ в поглощающей жидкости, удельный вес поглощающей жидкости и вязкость поглощающей жидкости, чтобы регулировать более чем один параметр, выбранный из таких параметров, как скорость потока поглощающей жидкости, циркулирующей для обеспечения контакта с отработанным газом, количество твердого обессеривающего вещества, подлежащего введению в поглощающую жидкость, диаметр частиц твердого обессеривающего вещества и скорость перемешивания твердого обессеривающего вещества в зоне нейтрализации, благодаря чему осуществляется управление выходной концентрацией SO2 установки обессеривания для попадания ее в диапазон заранее заданного значения; и
установка мокрого типа для обессеривания топочных газов, использующая твердое обессеривающее вещество, содержащая зону нейтрализации, в которой отработанный газ, выпускаемый из аппаратуры горения, такой как котел, контактирует с поглощающей жидкостью, затем твердое обессеривающее вещество избирательно оставляется в зоне нейтрализации для нейтрализации поглощающей жидкости, содержащей окись серы, поглощенной таким образом из отработанного газа, а продукт реакции, вырабатываемый из окиси серы, и поглощающая жидкость, содержащая воду в качестве основной составляющей, избирательно выводятся, и канал циркуляции поглощающей жидкости для дальнейшего контактирования поглощающей жидкости, слитой из зоны нейтрализации, с отработанным газом, каковое устройство содержит обнаруживающие средства для обнаружения более чем одного параметра, выбранного из таких параметров, как нагрузка котла, содержание серы в горючем, сжигаемом в котле, скорость потока отработанного газа, входная/выходная концентрация SO2 в установке обессеривания или значение pH поглощающей жидкости в зоне нейтрализации или потеря давления в зоне нейтрализации, крутящий момент перемешивающего устройства, концентрация твердых веществ поглощающей жидкости, удельный вес поглощающей жидкости и вязкость поглощающей жидкости, регулирующее средство, выбранное из группы, содержащей более чем одно средство для регулирования таких параметров, как скорость потока поглощающей жидкости, циркулирующей для контактирования с отработанным газом, количество твердого обессеривающего вещества, подлежащего введению в поглощающую жидкость, диаметр частиц твердого обессеривающего вещества и скорость перемешивания твердого обессеривающего вещества в зоне нейтрализации согласно обнаруженному упомянутым обнаруживающим средством значению, и управляющее средство для управления выходной концентрацией SO2 установки обессеривания, чтобы попасть в диапазон заранее заданного значения согласно действию упомянутого регулирующего средства.
Перемешивающее устройство для слоя известняка, используемое здесь для регулировки скорости взбалтывания твердого обессеривающего вещества в зоне нейтрализации, включает в себя в зоне нейтрализации перемешивающее устройство, снабженное перемешивающими лопастями или скребками, оборудованием для вращения самой зоны нейтрализации и т.п.
Твердое обессеривающее вещество, используемое в настоящем изобретении, предпочтительно имеет средне-взвешенный диаметр частиц (именуемый далее просто средним диаметром частиц) более 0,5 мм. Вещество со средним диаметром частиц меньше 0,5 мм затруднило бы отделение обессеривающего вещества от продуктов реакции окисления, таких как гипс, и привело бы к уменьшению размеров частиц твердого обессеривающего вещества, такого как известняк, в процессе переноса, после его измельчения, к установке обессеривания топочных газов. Более предпочтительно, чтобы твердое обессеривающее вещество имело средний диаметр частиц более 1,0 мм. Твердое обессериваюшее вещество со средним диаметром частиц более 10 мм снизило бы реакционную способность для нейтрализации поглощающей жидкости, которая поглощает SO2 в отработанном газе, а кроме того, истирало бы подающую трубку твердого обессеривающего вещества, которая соединена с зоной нейтрализации установки обессеривания топочных газов. Соответственно, твердое обессеривающее вещество, используемое в настоящем изобретении, желательно имеет средний диаметр частиц от 0,5 до 10 мм. Однако твердое обессеривающее вещество в настоящем изобретении может содержать и частицы меньше 0,5 мм, потому что вышеустановленный желательный средний диаметр частиц является видом стандарта, который не ограничен строго.
В настоящем изобретении желательно подавать твердое обессеривающее вещество в зону нейтрализации способом воздушного переноса в виде суспензии или в высушенном состоянии.
Объем твердого обессеривающего вещества, подлежащего подаче в зону нейтрализации, регулируется дозатором или операцией включения-выключения дробилки для твердого обессеривающего вещества, тогда как размер частиц твердого обессеривающего вещества регулируется изменением скорости дробилки и т.п.
Известняк является типичным примером твердого обессеривающего вещества, используемого в настоящем изобретении. Так называемый известняк, используемый здесь, означает осадочную породу, содержащую углекислый кальций в качестве основной составляющей, и дополнительно содержит также в настоящем изобретении породы, содержащие углекислый магний. Соответственно, в настоящее изобретение включен также доломит, который содержит в качестве основных составляющих CaCO3 и MgCO3. Поскольку известняк содержит примеси, которые влияют на качество обессеривания, желательно, чтобы CaCO3, имеющий более высокую реакционную способность, был обнажен на твердой поверхности путем измельчения таких примесей. Однако поскольку твердое обессеривающее вещество с меньшим размером частиц легче включается в твердые продукты, такие как гипс, эти более мелкие частицы должны быть предварительно отделены и удалены, пусть даже они обладают большей реакционной способностью. С другой стороны, чрезмерно большие частицы портили бы зону подачи твердого обессеривающего вещества, поэтому желательно, чтобы зона подачи была снабжена фильтром или циклоном для разделения твердого обессеривающего вещества.
Согласно настоящему изобретению, в башне обессеривания SO2 в отработанном газе поглощается поглощающей жидкостью (основная составляющая - вода), чтобы образовать в ней H2SO3, а поглощающая жидкость, которая поглотила SO2, окисляется воздухом до H2SO4 (разведенная серная кислота). H2SO4 нейтрализуется твердым обессеривающим веществом (в данном случае известняком, представленным CaCO3, т.е. его основной составляющей в формуле реакции) до твердого продукта (в данном случае гипса - CaSO4 · 2Н2О). Наиболее характерным признаком настоящего изобретения является использование в качестве обессериваюшего вещества известняка, причем известняк имеет диаметр частиц больше, чем у гипса, образованного при нейтрализации содержащей H2SO4 жидкости с высоким значением pH.
Ниже описываются главные реакции, происходящие в установке обессеривания топочных газов согласно настоящему изобретению. Нижеследующие формулы (1) - (3) реакций представлены как типичные реакции для лучшего понимания настоящего изобретения, и считается, что все реакции, происходящие в установке обессеривания топочных газов, не всегда соответствуют формулам (1)-(3).
(Реакция поглощения) H2O+SO2 = H2SO3; (1)
(Реакция окисления) H2SO3 +1/2O2 = H2SO4; (2)
(Реакция нейтрализации) H2SO4 + CaCO3 + H2O = CaSO4 · 2Н2O + CO2 (3)
В установке обессеривания по изобретению поглощающая жидкость, содержащая H2SO4 (разведенную серную кислоту), протекает, перенося в себе известняк, через зону, в которой поглощающая жидкость нейтрализуется известняком, чтобы произвести вышеприведенную реакцию нейтрализации так, что величина pH поглощающей жидкости увеличится. Известняк вновь подается в вышеупомянутую зону нейтрализации в таком объеме, который требуется для реакции. Однако, если значение pH для регулирования подлежащего подаче объема известняка определяется после нейтрализации, поскольку измерение его объема в зоне нейтрализации невыполнимо, то поддерживаемый объем известняка слишком возрастает для того, чтобы поглощающая жидкость протекала свободно при изменении диаметра частиц известняка, из-за чего происходит затруднение в регулировании объема известняка, подлежащего подаче.
С другой стороны, можно точно измерять объем известняка путем измерения не только значения pH в поглощающей жидкости, но и потери давления в слое известняка, момента перемешивающего устройства, концентрации твердых тел в поглощающей жидкости, удельного веса поглощающей жидкости, вязкости поглощающей жидкости и т.д. Потеря давления в текущем слое известняка пропорциональна увеличению объема известняка и определяется также удельным весом поглощающей жидкости, даже если объем известняка не меняется. Кроме того, существует взаимосвязь между удельным весом поглощающей жидкости и вязкостью поглощающей жидкости или концентрацией в ней твердых тел (по существу частиц гипса). В общем случае, потеря давления (ΔP) текущего слоя выражается следующей формулой:
ΔP = (удельный вес известняка - удельный вес поглощающей жидкости) · (высота слоя известняка) · (1 - коэффициент пористости)
Коэффициент пористости в этой формуле является значением в состоянии текучести, однако произведение (высота слоя известняка) · (1 - коэффициент пористости) одинаково при состояниях стационарности и текучести, так что высота слоя известняка в состоянии стационарности может быть определена той же формулой. Иначе говоря, поскольку удельный вес известняка известен (около 2,7) и его коэффициент пористости в состоянии стационарности составляет около 0,4, хотя и зависит от формы частиц, высота слоя известняка получается из определения потери ΔP давления и удельного веса поглощающей жидкости. Далее, поскольку удельный вес поглощающей жидкости связан с концентрацией частиц (в данном случае по существу концентрацией частиц гипса) или вязкостью поглощающей жидкости, такие концентрация или вязкость могут быть определены вместо удельного веса.
Фиг. 5 приводит пример связи между высотой слоя известняка и потерей давления, которые пропорциональны друг другу в случае, когда концентрация твердых тел в поглощающей жидкости постоянна. Таким образом, при изменении концентрации твердых тел (удельного веса) поглощающей жидкости высота слоя известняка может быть оценена путем предварительного определения взаимосвязи между высотой известняка и потерей давления, чтобы было легко управлять концентрацией SO2, соответствующей объему отработанного газа, или изменением концентрации SO2 в отработанном газе путем регулирования подаваемого объема и/или размера частиц известняка.
Фиг. 1 является условным видом однобашенной установки мокрого типа для обессеривания топочных газов согласно первому примеру настоящего изобретения.
Фиг. 2 является увеличенным видом зоны нейтрализации на фиг.1.
Фиг. 3 является сечением зоны нейтрализации по линии А-А на фиг. 2.
Фиг. 4 является сечением видоизмененного примера зоны нейтрализации по линии А-А на фиг. 2.
Фиг. 5 является графиком, показывающим соотношение между высотой слоя известняка и потерей давления согласно настоящему изобретению.
Фиг. 6 является блок-схемой алгоритма управления установки обессеривания согласно первому примеру, представленному на фиг. 1.
Фиг. 7 показывает результат управления согласно первому примеру.
Фиг. 8 является графиком, показывающим соотношение между состоянием входного газа и заранее заданным значением высоты H слоя известняка, полученным из коэффициента обессеривания.
Фиг. 9 является графиком, показывающим изменение во времени коэффициента обессеривания в первом примере (сплошная линия (а)), во втором примере (пунктирная линия (b)) и в сравнительном примере 1 (штрих-пунктирная линия (с)).
Фиг. 10 является условным видом однобашенной установки мокрого типа для обессеривания топочных газов согласно второму примеру настоящего изобретения.
Фиг. 11 увеличенным видом устройства нейтрализации на фиг. 10.
Фиг. 12 является блок-схемой алгоритма управления однобашенной установки мокрого типа для обессеривания топочных газов согласно второму примеру, представленному на фиг. 10.
Фиг. 13 является блок-схемой алгоритма управления однобашенной установки мокрого типа для обессеривания топочных газов, используемой в сравнительном примере 1.
Фиг. 14 является блок-схемой алгоритма управления однобашенной установки мокрого типа для обессеривания топочных газов, используемой в третьем примере настоящего изобретения.
Фиг. 15 является блок-схемой алгоритма управления однобашенной установки мокрого типа для обессеривания топочных газов, используемой в сравнительном примере 2.
Фиг. 16 является графиком, показывающим соотношение между входной концентрацией SO2 и коэффициентом жидкость-газ (Ж/Г) в случаях третьего примера (сплошная линия (а)) и сравнительного примера 3 (пунктирная линия (b)).
Фиг. 17 является графиком, показывающим соотношение между (Ж/Г) и коэффициентом обессеривания в случаях третьего примера (сплошная линия (а)) и сравнительного примера 3 (пунктирная линия (b)).
Фиг. 18 является графиком, показывающим соотношение между Ж/Г и входной концентрацией SO2 для получения коэффициента обессеривания в 90% в случаях четвертого примера (сплошная линия (а)) и сравнительного примера 4 (пунктирная линия (b).
Фиг. 19 является условным видом однобашенной установки мокрого типа для обессеривания топочных газов согласно пятому примеру настоящего изобретения.
Фиг. 20 является условным видом устройства нейтрализации согласно шестому и седьмому примерам настоящего изобретения.
Фиг. 21 является графиком, показывающим результат управления входной концентрацией SO2 путем изменения Ж/Г в случаях шестого примера (сплошная линия (а)) и пятого примера (пунктирная линия (b)).
Фиг. 22 является графиком, показывающим изменение выходной концентрации SO2 согласно седьмому примеру настоящего изобретения.
Фиг. 23 является условным видом сушильной печи влажного процесса, используемой в качестве устройства нейтрализации, согласно восьмому примеру настоящего изобретения.
Фиг. 24 является условным видом установленного под циркуляционным резервуаром скребка, используемого в качестве устройства нейтрализации согласно девятому примеру настоящего изобретения.
Фиг. 25 является условным видом горизонтальной (или поперечной) однобашенной установки мокрого типа для обессеривания топочных газов согласно десятому примеру настоящего изобретения.
Фиг. 26 является условным видом однобашенной установки мокрого типа для обессеривания топочных газов, снабженной наружной башней окисления, согласно одиннадцатому примеру настоящего изобретения.
Фиг. 27 является условным видом традиционной однобашенной установки мокрого типа для обессеривания топочных газов.
Настоящее изобретение будет подробно описано ниже посредством примеров, но оно не предназначено для ограничения этими примерами.
Первый пример
Однобашенная установка мокрого типа для обессеривания топочных газов согласно первому примеру настоящего изобретения показана на фиг. 1-3. Однобашенная установка мокрого типа для обессеривания топочных газов содержит корпус 1 башни обессеривания, впускную трубу 2, выпускную трубу 3, распыляющую форсунку 4, насосы 5 поглощающей жидкости, циркуляционный резервуар 6, перемешивающее устройство 7, воздуходувку 8, влагопоглотитель 9, подающую известняк трубку 12, открывающий-закрывающий клапан 31 для подающей трубки 12 и т.п. и дополнительно содержит измеритель 21 значения pH для измерения значения pH циркулирующей поглощающей жидкости, манометр 22 для измерения потери давления в текущем известняковом слое 19, ареометр 23 для измерения удельного веса поглощающей жидкости, открывающие-закрывающие клапаны 24, установленные в местах соединений между патрубком 16 и распределяющими трубками 17 для того, чтобы дать поглощающей жидкости возможность течь к конкретным распределяющим трубкам 17, и перегородки 25 для разделения известняка в зоне нейтрализации по множеству отделений. Кроме того, во впускной трубе 2 башни обессеривания установлен газовый расходомер 27, а в ее впускной трубе 2 и выпускной трубе 3 установлены измерители 28 концентрации SO2, описанные же выше манометр 22 и ареометр 23 подают сигналы на управляющий блок 30, который выдает сигналы на открывающий-закрывающий клапан 31 подающей известняк трубки 12, насосы 5 поглощающей жидкости, открывающие-закрывающие клапаны 24 распределяющих трубок 17 и т.п. для управления ими.
Отработанный газ A, выходящий из котла, вводится в корпус 1 башни обессеривания из впускной трубы 2 и выводится из выпускной трубы 3. Во время этого процесса поглощающая жидкость, накачиваемая насосами 5 поглощающей жидкости, распыляется в башне обессеривания через множество форсунок 4 для обеспечения контакта газ-жидкость между поглощающей жидкостью и отработанным газом A. В это время капельки поглощающей жидкости избирательно поглощают SO2, из отработанного газа A до образования сернистой кислоты. Сформированные таким образом капельки поглощающей жидкости, содержащей сернистую кислоту, падают на собирающую жидкость пластину 14, установленную на циркуляционном резервуаре 6. Падающая на собирающую жидкость пластину 14 поглощающая жидкость собирается и пропускается на дно циркуляционного резервуара 6 через вводную трубу 15. По пути сернистая кислота в поглощающей жидкости окисляется до серной кислоты окисляющим воздухом B, вдуваемым из воздуходувки 8. Множество распределяющих трубок 17 соединены патрубком 16 с донной частью вводной трубы 15 для того, чтобы дать поглощающей жидкости возможность перемещаться вверх однородно. Каждая распределяющая трубка 17 имеет множество распределяющих отверстий 18, через которые с силой выбрасываются поглощающая жидкость и воздух в виде однородной смеси для образования их восходящего потока. Серная кислота и известняк реагируют в текущем слое известняка с образованием гипса, но частицы гипса и вода выпускаются из циркуляционного резервуара 6 через выпускное отверстие 20 поглощающей жидкости в верхней части резервуара поднимающимся потоком поглощающей жидкости, а известняк избирательно оставляется в циркуляционном резервуаре 6, т.к. частицы гипса меньше частиц известняка.
Фиг. 2 и 3 показывают подробную конструкцию части циркуляционного резервуара 6, где находится известняковый слой 19, причем фиг. 2 является видом сбоку, а фиг. 3 является сечением по линии А-А на фиг. 2. Согласно этому примеру патрубок 16 соединен с боковой поверхностью донной части вводной трубы 15, а множество распределяющих трубок 17 равномерно распределены от патрубка 16 по всей плоскости дна циркуляционного резервуара 6. Перегородки 25 отделяют распределяющие трубки 1 одну от другой и частицы известняка в зоне нейтрализации поглощающей жидкости на множество отделений. Кроме того, поглощающая жидкость подается независимо в каждое отделение посредством открывающих-закрывающих клапанов 24, каждый из которых установлен в месте соединения между каждой распределяющей трубкой 17 в каждом отделении зоны нейтрализации и патрубком 16 так, что скорость выбрасывания поглощающей жидкости из распределяющих отверстий 18 может поддерживаться над заданным уровнем, даже если циркулирующий объем поглощающей жидкости снижается. Дополнительно измеряются потеря давления в текущем известняковом слое 19 в каждом отделении и удельный вес поглощающей жидкости соответственно манометром 22 и ареометром 23. Хотя изображен лишь один манометр 22, он предусмотрен в каждом отделении.
Как описано выше, поглощающая жидкость, нейтрализованная таким образом в зоне нейтрализации для восстановления определенного значения pH, вновь подается к форсункам 4 из выпускного отверстия 20, расположенного на верхней части циркуляционного резервуара 6, через спускные трубки 10 поглощающей жидкости для поглощения SO2, из отработанного газа A, как показано на фиг. 1. Часть поглощающей жидкости подается на измеритель 21 значения pH для измерения значения pH поглощающей жидкости после нейтрализации. Далее, часть поглощающей жидкости подается в сушилку 13 для сбора гипса C. Известняк D, измельчаемый непоказанной дробилкой в частицы, каждая из которых имеет заданный диаметр, подается в циркуляционный резервуар 6 через подающую известняк трубку 12.
В случае, когда циркуляционный резервуар 6 имеет цилиндрическую форму, вводная труба 15, патрубок 16, распределяющие трубки 17 и распределяющие отверстия 18, предусмотренные в распределяющих трубках 17, могут быть также установлены, как представлено на фиг. 4 в сечении по линии А-А на фиг. 2. Кроме того, в местах соединений между патрубком 16 и распределяющими трубками 17 предусмотрены открывающие-закрывающие клапаны 24, как представлено на фиг. 1 и 2, хотя они и не показаны на фиг. 4.
Этот пример имеет характерную черту, состоящую в том, что образование восходящего потока поглощающей жидкости в известняковом слое 19 в зоне нейтрализации внутри циркуляционного резервуара 6 исключает необходимость в таком оборудовании, как перемешивающее устройство для взбалтывания известняка и блок для его установки, а также необходимость в питании для приведения его в движение.
Фиг. 6 показывает блок-схему алгоритма управления установки обессеривания согласно этому примеру.
Потребный объем известняка (объем получаемого из него гипса) может быть получен из скорости потока газа во впускной трубе 2, концентрации SO2 во впускной трубе 2 и в выпускной трубе 3 башни обессеривания. Действительный объем подачи известняка регулируется так, что реальные замеры потребления известняка могут быть приспособлены к вычислениям. С другой стороны, необходимое соотношение жидкость-газ (Ж/Г - соотношение отработанного газа и поглощающей жидкости, контактирующей с отработанным газом) и число подающих поглощающую жидкость отделений среди множества отделенных друг от друга перегородками 25 отделений согласно объему подачи (объему циркуляции) поглощающей жидкости могут быть получены из концентрации SO2 во впускной трубе 2 башни обессеривания, заранее заданного значения степени обессеривания и значения pH поглощающей жидкости после нейтрализации, для такого регулирования числа подающих поглощающую жидкость отделений, чтобы отношение Ж/Г стало равным вычисленному значению.
Следует отметить, что число отделений, в которые подается поглощающая жидкость, регулируется путем открывания открывающих-закрывающих клапанов 24 конкретных отделений, подлежащих использованию среди множества образованных перегородками 25 отделений в зоне нейтрализации, для выбрасывания поглощающей жидкости из распределяющих отверстий 18 распределяющих трубок 17, которые соответствуют открытым открывающим-закрывающим клапанам 24.
Фиг.7 показывает пример соотношения между отношением Ж/Г и впускной концентрацией SO2, причем чем больше заданные значения степени обессеривания и концентрации SO2 во впускной трубе 2 башни обессеривания, либо чем ниже значение pH поглощающей жидкости после нейтрализации, тем больше становится необходимое отношение Ж/Г. Однако на соотношение между Ж/Г и этими факторами влияет конструкция башни обессеривания или микросоставляющие, содержащиеся в отработанном газе, так что представленное на фиг. 7 соотношение следует получить заранее. Отношение Ж/Г в башне обессеривания в основном управляется путем регулирования питания насосов 5 поглощающей жидкости, например, путем регулирования числа действующих насосов 5 поглощающей жидкости.
Когда отношение Ж/Г изменяется, осуществляется управление открывающими-закрывающими клапанами 24 для поддержания скорости выбрасывания поглощающей жидкости из распределяющих отверстий 18 в заданном диапазоне. Когда скорость выбрасывания поглощающей жидкости из распределяющих отверстий 18 чересчур велика, известняк D вытекает из зоны нейтрализации вместе с частицами гипса C, так что качество гипса C ухудшется. С другой стороны, когда эта скорость чересчур мала, состояние текучести известняка становится недостаточным, так что скорость нейтрализации (коэффициент (η) обессеривания) снижается.
Как описано выше, даже если определены рабочие условия, коэффициент (η) обессеривания иногда становится отличным от заранее заданного значения. Одной из причин является то, что ошибка (ошибка измерителей во время измерения скорости потока газа и концентрации SO2) в потребном объеме известняка D, полученном из скорости потока газа во впускной трубе 2 башни обессеривания и концентрации SO2 в ее впускной трубе 2 и выпускной трубе 3, проявляется в изменении объема известняка в зоне нейтрализации.
Кроме того, может иметь место случай, когда различия вызываются изменением диаметра частиц известняка D, подаваемого в циркуляционный резервуар 6 через подающую известняк трубку 12 (изменением способности самого по себе известняка к измельчению или изменением измельчающей способности дробилки).
Для решения этой проблемы согласно данному примеру объем подачи и диаметр частиц известняка D регулируются на основе разности между заданными значениями и измеренными значениями степени обессеривания и высоты H слоя известняка, при этом заданные значения получаются путем сравнения реально измеренного значения коэффициента (η) обессеривания с ее заданным значением, а высота H известнякового слоя вычисляется путем подстановки потери (ΔP) давления в текущем известняковом слое 19, измеренной манометром 22 и ареометром 23, и удельного веса поглощающей жидкости в следующее уравнение:
ΔP = (удельный вес известняка - удельный вес поглощающей жидкости) · (высота слоя известняка) · (1 - коэффициент пористости).
При этом диаметр частиц известняка D может регулироваться посредством способа, известного из аналогов, такого как объем известняка D, подаваемого в дробилку (не показана), условия работы дробилки и т.п. Высота H известнякового слоя должна устанавливаться предварительно на основе состояния входного газа и коэффициента обессеривания.
Фиг. 8 показывает пример, в котором для случая, когда состояние входного газа (скорость потока газа и концентрация SO2 во впускной трубе 2 и в выпускной трубе 3 башни обессеривания) изменялось на величину больше заданного значения, объем подачи известняка снова регулировался на основании состояния входного газа.
При использовании известняка со средне-взвешенным диаметром частиц 2 мм (высота слоя известняка H = 50 см) в установке согласно данному примеру выполнялась проверка обессеривания. Однако объем отработанного газа был постоянным во впускном отверстии башни обессеривания, a SO2 в отработанном газе A регулировалось так, чтобы составлять 1000 частей на миллион и 50 частей на миллион соответственно во впускной и в выпускной трубах башни обессеривания. Высота H известнякового слоя поддерживалась на постоянном уровне 50 см. Сплошная линия (а) на фиг. 9 представляет изменение степени обессеривания во времени. Концентрация SO2 в выпускной трубе стабильна. Кроме того, высота H известнякового слоя была одинаковой в начале проверки и после нее.
Второй пример
Фиг. 10 показывает установку обессеривания согласно данному примеру. Проверка обессеривания проводилась с использованием того же устройства и при тех же условиях, что и в первом примере. В данном примере, однако, предусмотрены воздуходувка 26 и воздуходувные отверстия 29 для вдувания воздуха в известняковый слой 19 в установке, представленной на фиг. 1, чтобы способствовать дополнительному взбалтыванию текущего между ними известняка. Фиг. 11 является увеличенным условным видом зоны нейтрализации. Согласно данному примеру, скорость взбалтывания известнякового слоя 19 с помощью воздуха регулируется изменением объема воздуха, подаваемого в зону нейтрализации, взамен регулирования диаметра частиц известняка D. Вместо воздуха можно впрыскивать в известняковый слой 19 воду.
Блок-схема алгоритма управления, используемого в данном примере, показана на фиг. 12. Изменение во времени процентной величины обессеривания показано пунктирной линией (b) на фиг. 9. Как и в случае первого примера, получена стабильная характеристика обессеривания, причем высота H известнякового слоя после проверки была такой же, как и до проверки.
Сравнительный пример 1
Проверка обессеривания проводилась с использованием обычной установки обессеривания, показанной на фиг. 27. Поскольку невозможно было определить высоту известняка в сравнительном примере, подлежащий подаче объем известняка регулировался концентрацией SO2 в выпускной трубе башни обессеривания. Блок-схема алгоритма управления, используемого в этом сравнительном примере, показана на фиг. 13. Изменение во времени процентной величины (η) обессеривания показано штрихпунктирной линией на фиг. 9. По сравнению с примерами 1 и 2 характеристика обессеривания значительно изменяется, а высота известнякового слоя после проверки была в 1,5 раза выше, чем наблюдавшаяся до проверки.
Пример 3
Проверка обессеривания проводилась с использованием той же самой установки и при тех же условиях, что и в первом примере. В данном примере объем известняка, подлежащего подаче, не регулировался по состоянию входного газа (скорости потока газа и концентрации SO2 во впускной трубе 2 и в выпускной трубе 3 башни обессеривания), но как указанный объем, так и диаметр частиц известняка регулировались на основе высоты известнякового слоя, определяемой потерей (ΔP) давления известнякового слоя и удельным весом поглощающей жидкости. Когда скорость циркуляции поглощающей жидкости изменялась из-за регулирования Ж/Г, скорость поднимающегося потока поглощающей жидкости в подающих поглощающую жидкость отделениях в зоне нейтрализации регулировалась посредством открывающего-закрывающего клапана 24 так, чтобы не уменьшиться ниже 4 см/с. Блок-схема алгоритма управления, используемого в этом примере, показана на фиг. 14. Как и в случае первого примера, получена стабильная характеристика обессеривания (та же кривая в виде сплошной линии (а) на фиг. 9), причем высота H известнякового слоя после проверки была такой же, как и до проверки. Соотношение между качеством обессеривания и отношением Ж/Г в данном примере показана сплошной линией (а) на фиг. 17.
Сравнительный пример 2
Проверка обессеривания проводилась с использованием той же самой установки, что и в примере 3, за исключением того, что число подающих поглощающую жидкость отделений в зоне нейтрализации не регулировалось. Блок-схема алгоритма управления, используемого в этом сравнительном примере, показана на фиг. 15.
Соотношение между впускной концентрацией SO2 и отношением Ж/Г в случае примера 3 и сравнительного примера 2 показано соответственно сплошной линией (а) и пунктирной линией (b) на фиг. 16. Очевидно, что в сравнительном примере 2, где не регулируется число подающих поглощающую жидкость отделений, значение Ж/Г при той же впускной концентрации SO2 было выше, чем в примере 3.
Сравнительный пример 3
Проверка обессеривания проводилась с использованием установки, показанной на фиг. 27, при тех же условиях, как и в случае примера 3. Полученный результат показан пунктирной линией (b) на фиг. 17. По сравнению с результатом примера 3, показанным сплошной линией (а) на том же чертеже, снижение процентной величины обессеривания в данном сравнительном примере более заметно при низком отношении Ж/Г. Можно предположить, что известняк недостаточно сжижается, когда снижается отношение Ж/Г (т.е. когда объем жидкости уменьшается из-за того, что объем газа постоянен).
Пример 4
Проверка обессеривания проводилась с использованием той же самой установки, что и в первом примере, в диапазоне впускной концентрации SO2, изменяющейся от 200 до 2000 частей на миллион. Соотношение между отношением Ж/Г и впускной концентрацией SO2 для получения 90%-ного обессеривания показано сплошной линией (а) на фиг. 18.
Сравнительный пример 4
Проверка обессеривания проводилась с использованием установки, показанной на фиг. 27, при тех же условиях, как и в случае примера 4. По сравнению с примером 4 отношение Ж/Г не снижается легко при снижении входной концентрации SO2. Можно предположить, что известняк недостаточно сжижается, когда отношение Ж/Г снижается (т.е. когда объем жидкости уменьшается из-за того, что объем газа постоянен).
Пример 5
Использованные в примерах 1-4 установки обессеривания имеют конструкцию, в которой известняк сжижается в циркуляционном резервуаре 6, а вне резервуара отделяется. С другой стороны, как показано на фиг. 19, множество нейтрализационных блоков 33 установлены независимо от корпуса 1 башни обессеривания и соединены с циркуляционным резервуаром 6 посредством соединительных трубок 34. Каждая соединительная трубка 34 снабжена открывающим-закрывающим клапаном 24 для выбрасывания поглощающей жидкости через распределяющие отверстия распределяющих трубок (не показаны; они такие же, как те, что используются на фиг. 2 и 3), установленных над донной частью нейтрализационного блока 33. Вместо или вместе с выбрасыванием поглощающей жидкости через распределяющие отверстия, в распределяющих трубках могут быть устроены вдуватель 26 воздуха или воды и воздушные или водяные отверстия 29, как показано на фиг. 10 и 11. Нейтрализационный блок 33, установленный независимо от корпуса 1 башни обессеривания, может быть и единичным, хотя это не показано на фиг. 19, либо единичный нейтрализационный блок 33 внутри может разделяться так же, как и в случае первого примера (см. фиг. 2 и 3).
Блок-схема алгоритма управления в данном примере такая же, как на фиг. 6. В данном случае открывающий-закрывающий клапан 24 распределяющей трубки 17 на фиг. 1 соответствует открывающему-закрывающему клапану 24 соединительной трубки 34 на фиг. 19.
В установке обессеривания, показанной на фиг. 19, между нейтрализующим блоком 33 и циркуляционными насосами 5 может быть установлен сепаратор для разделения известняка D и гипса C.
Пример 6
В данном примере известняковый слой 19 в нейтрализационном блоке 33 взбалтывается мешалкой 36 взамен образования выбрасываемого потока поглощающей жидкости посредством распределяющей трубки 19 в нейтрализационном блоке 33 или вдувания в нее воздуха. Увеличенный вид нейтрализационного блока 33 показан на фиг. 20.
Известняк со средне-взвешенным диаметром частиц 1 мм или более загружается до образования из него текущей подушки в нейтрализационном блоке 33. Эти известняковые частицы и гипсовые частицы (со средне-взвешенным диаметром частиц от 10 до 100 мкм) легко разделяются из-за значительной разницы в их диаметрах. Соответственно, объем известняка в нейтрализационном блоке 33 не зависит от качества гипса, и чем больше известняка загружается, тем быстрее нейтрализуется поглощающая жидкость, причем предпочтительное весовое отношение поглощающей жидкости к известняку составляет от 9:1 до 6:4.
Известняк с более крупным диаметром частиц постоянно взбалтывается в поглощающей жидкости посредством мешалки 36. Поглощающая жидкость подается в нейтрализационный блок 33 из циркуляционного резервуара 6 (см. фиг. 19), тогда как известняк загружается в него из подающей известняк трубки 12. Может использоваться и конструкция, в которой известняк с меньшим диаметром частиц также подается при необходимости из подающей известняк трубки 37. Блок-схема алгоритма управления, используемого в данном примере, такая же, как и на фиг. 6, только "ввод ΔP и удельного веса поглощающей жидкости заменяется на ввод момента мешалки". В данном случае связь между моментом мешалки 36 и высотой известнякового слоя следует определить заранее.
Проверка обессеривания проводилась с использованием вышеописанной установки. Концентрация SO2 в отработанном газе во впускной трубе башни обессеривания была 1000 частей на миллион. Известняк (со средне-взвешенным диаметром частиц 5 мм) заранее загружался в нейтрализационный блок 33 в эквимолярном объеме по отношению к SO2 в отработанном газе, выводимом в течение двух часов, а затем подавался в него в объеме 0,97 молярного отношения SO2 в отработанном газе из подающей известняк трубки 12. Объем воздуха, подлежащего вдуванию в циркуляционный резервуар 6, был тридцатикратным в молярном отношении к SO2 в отработанном газе.
Изменение выпускной концентрации SO2 в башне обессеривания, когда изменяется впускная концентрация SO2, показано сплошной линией (а) на фиг. 21. В этом случае значение pH поглощающей жидкости, откачиваемой из нейтрализационного блока 33, определялось измерителем 21 значения pH (см. фиг. 19) для управления частотой вращения мешалки 36 так, чтобы поддерживать значение pH приблизительно постоянным до и после изменения во впускной концентрации SO2, тогда как выпускная концентрация SO2 определялась для изменения отношения Ж/Г, чтобы управлять этой концентрацией. Из фиг. 21 видно, что выпускная концентрация SO2 изменяется в малом диапазоне и восстанавливает свое исходное заданное значение в короткое время, даже при изменении впускной концентрации SO2.
Сравнительный пример 5
Повторялась процедура примера 6, но частота вращения мешалки 36 поддерживалась постоянной, когда впускная концентрация SO2 башни обессеривания изменялась, тогда как отношение Ж/Г изменялось для управления выпускной концентрацией SO2 (отношение Ж/Г регулировалось преимущественно регулированием числа насосов 5 поглощающей жидкости и т.п.). Полученный таким образом результат показан пунктирной линией (b) на фиг. 21. По сравнению с примером 6 в данном сравнительном примере наблюдается заметное изменение выпускной концентрации SO2 и требуется большее время для восстановления исходного заданного значения.
Пример 7
Повторялась процедура примера 6, но частота вращения мешалки 36 поддерживалась постоянной, когда впускная концентрация SO2 башни обессеривания изменялась, тогда как в нейтрализационный блок 33 из подающей трубки 37 подавался известняк со средне-взвешенным диаметром частиц 10 мкм (называемый далее более мелким известняком). Такой более мелкий известняк добавлялся туда из подающей известняк трубки 37 для поддержания значения pH приблизительно постоянным до и после изменения во впускной концентрации SO2. Как и в случае примера 6, выпускная концентрация SO2 изменяется в малом диапазоне и восстанавливает свое исходное заданное значение в короткое время, даже при изменении впускной концентрации SO2.
Пример 8
Хотя в примерах 6 и 7 в качестве нейтрализационного блока 33 используется резервуар с мешалкой 36, показанной на фиг. 20, в качестве блока 33 может использоваться, например, показанная на фиг. 23 сушильная печь. В данном примере можно регулировать время пребывания поглощающей жидкости в сушильной печи 38 путем изменения частоты вращения самой сушильной печи 38 вместо частоты вращения мешалки 36, показанной на фиг. 20, либо путем возвращения части поглощающей жидкости во впускную трубу сушильной печи 38 через трубопровод 40 посредством распределителя 39, установленного в выпускной трубе печи, вместо управления уровнем поглощающей жидкости (уровнем в резервуаре) в нейтрализационном блоке 33 на фиг. 20.
Пример 9
Хотя в примерах 5-8 нейтрализационный блок 33 установлен снаружи башни обессеривания, можно также, как показано на фиг. 24, расположить в нижней части циркуляционного резервуара 6 скребок 42, загружать раздробленный известняк D в циркуляционный резервуар 6 для образования известнякового слоя 19 и управлять концентрацией SO2 в башне обессеривания посредством частоты вращения скребка 42. Оборудование и части, функционирующие аналогично таким же частям, используемым в примере 6, пронумерованы теми же ссылочными позициями, и их дальнейшее описание в данном примере опущено.
В данном примере используется сепаратор 43. Содержащая гипс C поглощающая жидкость, выпущенная из циркуляционного резервуара 6, закачивается в сепаратор 43 посредством насоса 44 для отделения гипса C. Затем жидкость, содержащая немного известняка D, а по преимуществу гипс C, подается в обезвоживатель 13 для обезвоживания и сбора гипса C.
Хотя во всех вышеописанных примерах известняк D избирательно оставляется в зоне нейтрализации за счет использования преимущества от разных скоростей осаждения вследствие разницы в диаметре частиц известняка D и гипса C, можно разделять известняк и гипс другими способами, такими как посредством сетки или за счет использования преимущества от разницы в силе инерции. Далее, хотя во всех примерах описана башня обессеривания, которая имеет конструкцию для введения отработанного газа из ее нижней части и выведения его из ее верхней части при распылении поглощающей жидкости в отработанном газе посредством форсунок, настоящее изобретение эффективно применимо также и к тем модификациям, в которых изменено направление потока отработанного газа или система контактирования между поглощающей жидкостью и отработанным газом (такие как поглощающий блок со смачиваемой стенкой или система барботирования, в которой отработанный газ вводится в поглощающую жидкость через погруженную в нее трубку), либо в горизонтальной установке мокрого типа для обессеривания топочных газов, в которой поток отработанного газа вынуждают идти не в вертикальном направлении.
Пример 10
В данном примере используется горизонтальная установка мокрого типа для обессеривания топочных газов. Настоящее изобретение эффективно применимо к горизонтальной (наклонной) установке мокрого типа для обессеривания топочных газов, в которой отработанный газ проходит не в вертикальном направлении, как показано на фиг. 25. Все оборудование и части, функционирующие аналогично таким же частям, используемым в первом примере, пронумерованы теми же ссылочными позициями, и их дальнейшее описание в данном примере опущено. Башня обессеривания настоящей установки содержит корпус 1 башни обессеривания, впускную трубу 2 и выпускную трубу 3. Впускная труба 2 снабжена форсунками 4 для разбрызгивания поглощающей жидкости во введенном во впускную трубу отработанном газе, чтобы поглощать SO2 в жидкости, которая затем падает в циркуляционный установленный в нижней части башни обессеривания резервуар 6 для того, чтобы подвергнуть ее окислению. Выпускная труба 3 снабжена влагопоглотителем 9 для предотвращения рассеяния распыленной влаги из башни обессеривания наружу.
Выходящий из котла отработанный газ А вводится в башню 1 обессеривания из впускной трубы 2 и выводится из выпускной трубы 3. Во время этого процесса поглощающая жидкость разбрызгивается в башне обессеривания через множество форсунок 4 посредством насосов 5, обеспечивая контакт газ-жидкость между поглощающей жидкостью и отработанным газом. Благодаря этому SO2 в отработанном газе избирательно поглощается в поглощающей жидкости до образования сернистой кислоты. Образующиеся таким путем капельки, содержащие сернистую кислоту, падают на собирающую жидкость пластину 14, установленную на циркуляционном резервуаре 6. Поглощающая жидкость собирается на собирающей поглощающую жидкость пластине 14 и вводится в донную часть циркуляционного резервуара 6 через вводную трубу 15. По пути сернистая кислота окисляется окисляющим воздухом B, вдуваемым из воздуходувки 8, до образования серной кислоты. В дне вводной трубы 15 через патрубок 16 устроены множество распределяющих трубок 17 для однородного протекания поглощающей жидкости вверх, причем каждая распределяющая трубка 17 имеет множество распределяющих отверстий (не показаны). Через эти распределяющие отверстия с силой выбрасываются в виде однородной смеси поглощающая жидкость и воздух для формирования их поднимающегося потока. Хотя гипс образуется в ходе реакции между серной кислотой и известняком, поднимающимся потоком поглощающей жидкости из циркуляционного резервуара 6 через выпуск 20 для поглощающей жидкости, расположенной в верхней части резервуара 6, выводятся только частицы гипса и вода, а известняк избирательно оставляется в нем, потому что диаметр частиц гипса меньше, чем диаметр частиц известняка. Нейтрализованная в известняковом слое 19 поглощающая жидкость пропускается через спускные трубки 10 поглощающей жидкости и накачивается к форсункам 4 с помощью насосов 5 поглощающей жидкости. Часть нейтрализованной таким образом поглощающей жидкости закачивается в обезвоживатель 13 для обезвоживания и сбора гипса C. Вместо размещения известнякового слоя 19 в поглощающей жидкости внутри циркуляционного резервуара 6, как показано на фиг. 25, нейтрализационный блок 33 может быть установлен снаружи циркуляционного резервуара 6 для помещения в нем измельченного известняка.
Блок-схема алгоритма управления, используемого в данном примере, такая же, как и показанная на фиг. 6 в примере 1. С другой стороны, другая блок-схема алгоритма управления аналогична фиг. 14, когда объем подлежащего подаче известняка не регулируется состоянием впускного газа (скоростью потока газа и концентрацией SO2 на входе и на выходе башни обессеривания), но и объем, и диаметр частиц известняка регулируются на основе высоты H известнякового слоя, определенной через потерю (ΔP) давления в известняковом слое 19 и удельный вес поглощающей жидкости.
Далее, настоящая установка обессеривания в данном примере может быть снабжена воздушным или водяным инжектором 26 и воздушными или водяными инжекторными отверстиями 29, как показано на фиг. 10 и 11, для содействия взбалтыванию ожиженного известняка D в известняковом слое 19. В этом случае возможно регулировать скорость взбалтывания известнякового слоя 19, вызываемого воздухом или водой в зоне нейтрализации путем изменения объема воздуха или воды, подлежащих подаче в зону нейтрализации, вместо регулирования диаметра частиц известняка D. Блок-схема алгоритма управления, используемого в данном случае, такая же, как на фиг. 12.
Горизонтальная башня обессеривания согласно настоящему изобретению включает в себя такие башни, в которых прохождение газа в поглощающей башне направлено не только горизонтально, как показано на фиг. 25, но и слегка наклонно в невертикальном направлении.
Пример 11
Настоящее изобретение применимо также к установке обессеривания топочных газов, снабженной внешней башней окисления, как показано на фиг. 26. Данная установка обессеривания содержит три башни, т.е. градирню для осуществления охлаждения и удаления влаги из сработанного газа (не показана), корпус 1 башни обессеривания для распыления поглощающей жидкости для реагирования с SO2 в отработанном газе и башню 45 окисления для окисления сернистокислого кальция, образованного в корпусе 1 башни обессеривания. В установке обессеривания топочных газов, снабженной наружной башней окисления на фиг. 25, происходят следующие основные реакции.
SO2 в отработанном газе A поглощается поглощающей жидкостью (основная составляющая - вода) в корпусе 1 башни обессеривания до образования H2SO3, которая затем реагирует с сернистокислым кальцием (CaSO3·1/2H2O), содержащимся в поглощающей жидкости, до образования гипосульфита кальция (Ca(HSO3)2).
Гипосульфит кальция реагирует с известняком в зоне нейтрализации при пропускании через известняковый слой 19 до образования сернистокислого кальция. Полученный таким путем сернистокислый кальций вновь подается к форсункам 4 и реагирует с H2SO3, которая образуется путем поглощения SO2 в отработанном газе A. С другой стороны, часть сернистокислого кальция подается в резервуар 46, где регулируется его значение pH добавлением серной кислоты G при взбалтывании посредством мешалки 47, а затем подается в башню 45 окисления. В башню 45 окисления подается воздух, благодаря чему сернистая кислота окисляется до образования гипса (CaSO4·2Н2О) по формулам химических реакций:
(Реакция поглощения) H2O + SO2 = H2SO3;
CaSO3·1/2Н2O + H2SO4 = Ca(HSO3)2 + 1/2H2O.
(Реакция нейтрализации)
Ca(HSO3)2 + CaCO3 = CaSO3·1/2Н2O + CO2.
(Реакция окисления) CaSO3·1/2H2O + 1/2O2 + 3/2H2O = CaSO4·2H2O
Блок-схема алгоритма управления башней обессеривания согласно данному примеру такая же как и в первом примере. Данный пример может также использовать управление согласно блок-схеме алгоритма, представленной на фиг. 14, той установки, которая иллюстрируется на фиг. 10 и 11, с использованием вдувателя воздуха или воды 26, либо той, которая иллюстрируется на фиг. 12, с использованием воздушных или водяных инжекционных отверстий 29 для перемешивания известнякового слоя 19.
Как описано выше, согласно настоящему изобретению, можно получить стабильную характеристику обессеривания, которая не снижается, даже если изменяется циркулирующий объем поглощающей жидкости. Кроме того, поскольку используются твердые обессеривающие вещества, которые не зависят от уменьшения размеров частиц, можно сэкономить на снижении размеров частиц для экономичного получения высокого качества обессеривания и для легкого управления концентрацией SO2 в отработанном газе на выходе башни обессеривания вопреки изменению нагрузки котла или содержания серы в топливе, так что установка обессеривания может быть стабильной и менее изменчивой по характеристике обессеривания.
Формула изобретения: 1. Способ мокрого обессеривания топочных газов с использованием обессеривающего вещества, включающий контактирование отработанного газа, выпускаемого из устройства для сжигания, например котла, с поглощающей жидкостью, нейтрализацию поглощающей жидкости, содержащей окись серы, поглощенную из отработанного газа посредством обессеривающего вещества, избирательно оставляемого в зоне нейтрализации, избирательное выведение из зоны нейтрализации продукта реакции окиси серы и поглощающей жидкости, содержащей воду в качестве основной составляющей, контактирование поглощающей жидкости, слитой из зоны нейтрализации, с отработанным газом для поглощения содержащейся в нем окиси серы и регулирование выходной концентрации SO2 в заданном диапазоне значений концентрации, отличающийся тем, что регулирование выходной концентрации SO2 осуществляют путем регулирования не менее чем одного параметра, выбранного из группы параметров, включающей скорость потока поглощающей жидкости, циркулирующей для обеспечения контактирования с отработанным газом, количество твердого обессеривающего вещества, подлежащего введению в поглощающую жидкость, диаметр частиц твердого обессеривающего вещества и скорость перемешивания твердого обессеривающего вещества в зоне нейтрализации, посредством регистрации не менее чем одного параметра, выбранного из группы параметров, включающей нагрузку котла, содержание серы в горючем, сжигаемом в котле, скорость потока отработанного газа, входную концентрацию SO2 в установке для обессеривания, выходную концентрацию SO2 в установке для обессеривания или значение рН поглощающей жидкости в зоне нейтрализации или потерю давления в зоне нейтрализации, крутящий момент перемешивающего устройства, концентрацию твердых веществ в поглощающей жидкости, удельный вес и вязкость поглощающей жидкости.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для расчета объема обессеривающего вещества, необходимого для регулирования не менее чем одного параметра, выбранного из группы параметров, включающей скорость потока поглощающей жидкости, подлежащей циркуляции для обеспечения контакта с отработанным газом, количество твердого обессеривающего вещества, подлежащего введению в поглощающую жидкость, диаметр частиц твердого обессеривающего вещества и скорость перемешивания твердого обессеривающего вещества в зоне нейтрализации, посредством которых осуществляют регулирование выходной концентрации SO2 установки для обессеривания в заданном диапазоне концентраций, определяют потерю давления в зоне нейтрализации, концентрацию твердых веществ поглощающей жидкости, удельный вес или вязкость поглощающей жидкости.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для ожижения твердого обессеривающего вещества формируют восходящий поток поглощающей жидкости из донной части зоны нейтрализации либо формируют восходящий поток воздуха или воды из донной части зоны нейтрализации совместно с упомянутым восходящим потоком поглощающей жидкости или независимо от него, благодаря чему осуществляют регулирование скорости перемешивания твердого обессеривающего вещества.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что зону нейтрализации разделяют на множество отделений для независимого формирования в каждом отделении восходящего потока поглощающей жидкости либо восходящего потока воздуха или воды, при этом число отделений, в которых взбалтывается твердое обессеривающее вещество, определяется необходимостью формирования восходящего потока поглощающей жидкости, воздуха или воды в каждом из отделений или отсутствия таковых, в результате чего осуществляют регулирование скорости перемешивания твердого обессеривающего вещества.
5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что объем твердого обессеривающего вещества, подлежащего подаче в поглощающую жидкость, регулируют путем добавления объема твердого обессеривающего вещества со средним диаметром частиц 100 мкм или менее.
6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что диаметр частиц твердого обессеривающего вещества, остающегося в зоне нейтрализации, составляет 0,5 мм или более.
7. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве твердого обессеривающего вещества используют известняк, а продуктом реакции является гипс.
8. Установка для мокрого обессеривания топочных газов с использованием обессеривающего вещества, содержащая корпус, зону нейтрализации для контактирования отработанного газа, выпускаемого из устройства для сжигания, например котла, с поглощающей жидкостью и нейтрализации поглощающей жидкости, содержащей окись серы, поглощенную при контактировании с отработанным газом, твердым обессеривающим веществом, впускную трубу, выпускную трубу, средство для селективного вывода поглощающей жидкости из зоны нейтрализации, канал для циркуляции поглощающей жидкости, селективно выведенной из зоны нейтрализации, средство для подачи селективно выведенной поглощающей жидкости для контактирования с отработанным газом, средство для подачи твердого обессеривающего вещества, средство для вывода продукта реакции с окисью серы и средство для перемешивания твердого обессеривающего вещества в зоне нейтрализации, отличающаяся тем, что она снабжена средствами для регистрации не менее чем одного параметра, выбранного из группы параметров, включающей нагрузку котла, содержание серы в горючем, сжигаемом в котле, скорость потока отработанного газа, входную/выходную концентрацию SO2 в установке для обессеривания или значение рН поглощающей жидкости в зоне нейтрализации или потерю давления в зоне нейтрализации, крутящий момент перемешивающего устройства, концентрацию твердых веществ поглощающей жидкости, удельный вес и вязкость поглощающей жидкости, не менее чем одним средством для регулирования параметров, выбранных из группы, включающей средства для регулирования таких параметров, как скорость потока поглощающей жидкости, циркулирующей для контактирования с отработанным газом, количество твердого обессеривающего вещества, подлежащего введению в поглощающую жидкость, диаметр частиц твердого обессеривающего вещества и скорость перемешивания твердого обессеривающего вещества в зоне нейтрализации в соответствии с измеренным упомянутым регистрирующим средством значением, и средством для регулирования выходной концентрацией SO2 установки для обессеривания в заданном диапазоне значений.
9. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что она содержит вертикальный канал отработанного газа с нижним впускным и верхним выпускным концами либо невертикальный или горизонтальный канал отработанного газа.