Способ мокрой очистки и устройство для удаления оксидов серы из продуктов сгорания

Способ мокрой очистки и устройство для удаления оксидов серы из продуктов сгорания

Реферат

 

Использование. Изобретение относится к очистке отходящих дымовых газов от окcидов серы. Сущность: описан способ вымывания окислов серы (SО_x) из отходящих дымовых газов водными шламами известняка и устройство для его осуществления. В одноходовых открытых башенных противоточных скрубберах для известняковой мокрой очистки газов скорость истечения отходящего потока значительно увеличивают, в то время как величину Ж/Г и продолжительность пребывания в реакционном резервуаре уменьшают. Указанные преимущества обуславливаются применением каплеотбойника усовершенствованной конструкции, характером размещения распылителей и интервалом между ними, а также применением гидроциклона для отделения от гипса, получаемого в качестве побочного продукта, и возврата в процесс более мелких частиц известняка. Известняк измельчают до очень тонкодисперсных частиц, например, с размерами приблизительно 8 мкм или меньше при размере более 99 вес.% частиц менее 44 мкм, и добавляют в шлам для промывки газов, который вводят в контакт с отходящим потоком, содержащим SО_x. Реакционную способность шлама для промывки газов поддерживают даже при пониженных значениях рН непрерывной работой гидроциклона, благодаря чему обеспечивается величина молярного соотношения между кальцийсодержащими и серусодержащими соединениями выше примерно 1,3:1 и одновременно поддерживается низкое содержание как хлоридов, так и нереакционноспособных товарных материалов. Гидроциклон удаляет крупные частицы сульфата кальция и позволяет получать рециркуляционный поток тонкодисперсного карбоната кальция и нереакционноспособного твердого материала, который по мере необходимости промывают для поддержания целевого низкого содержания хлоридов и нереакционноспособных твердых материалов. Изобретение обеспечивает достижение повышенной эффективности и экономичности в отношении капитальных и эксплуатационных затрат. 8 с. и 24 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к усовершенствованиям, обеспечивающим эффективное удаление окислов серы (SO_x) из отходящих дымовых газов и снижение при этом капитальных и эксплуатационных затрат, и более точно - к способу мокрой известняковой очистки газов и к устройству для его осуществления.

Процессы сжигания углеродистых материалов, содержащих значительные количества серы, в том числе ископаемые топлива и отходы, находятся под строгим контролем правительств во всем мире. Сжигание этих материалов приводит к соединению свободных радикалов серы и кислорода при повышенных температурах, вызывающему образование различных окислов серы, которые относятся к общей группе SO_x. Соответствующие законодательства многих стран направлены на уменьшение количеств окислов серы, сбрасываемых в атмосферу, с целью смягчить проблемы, связанные с кислотными дождями.

Для уменьшения выбросов SO_x в атмосферу применяют множество методов. Среди них существуют методы удаления серы из топлива перед его сжиганием, методы химического связывания серы в процессе горения и методы удаления окислов серы из отходящих дымовых газов. К методам обработки отходящих дымовых газов для удаления SO_x относятся мокрая и сухая очистка. Технология мокрой очистки газов хорошо разработана и эффективна, однако она требует довольно громоздкого оборудования и соответствующие ему затраты.

В ряде различных установок технология мокрой очистки отходящих дымовых газов для удаления SO_x основана на контактировании газа и жидкости между собой. Среди наиболее распространенных установок можно назвать одно- и двухходовые противоточные башни с распылителями и башни, в которых предусмотрены как прямоточные, так и противоточные секции.

Самыми простыми по конструкции и технологии являются одноходовые открытые башенные системы, в которых для взаимодействия с SO_x используют карбонат кальция. Эти системы часто предпочтительны, так как могут работать с небольшим падением давления и проявляют слабую тенденцию к образованию отложений или засорению. Однако свойственные им простота и надежность в некоторых случаях сводятся на нет их большими размерами. В связи с тем, что для улучшения контакта между отходящими газами и промывной жидкостью в них не применяют никаких тарелок или насадок, высота башен, как правило, очень велика, поэтому с целью обеспечить хорошее контактирование обычно используют множество уровней распылительных насадок.

В открытых башнях с распылительными насадками способность жидкости для промывки газов абсорбировать SO_x из газа зависит от доступности содержащегося в жидкости основания. Самым эффективным в стоимостном отношении основанием для систем мокрой очистки газов повсеместно считается карбонат кальция. К сожалению, с повышением щелочности жидкости для промывки газов растворимость карбоната кальция обычно снижается. Башни с насадками и тарелками улучшают абсорбцию за счет более длительного удержания карбоната кальция в зоне контактирования газа с жидкостью, создавая тем самым механизм для более эффективного растворения и, как результат, более эффективного использования жидкости для промывки газов. С другой стороны, с целью обеспечить максимально возможную продолжительность контактирования открытые башни с распылителями, как правило, конструируют относительно более высокими, часто со множеством уровней распыления для наиболее эффективного взаимодействия промывной жидкости с отходящими газами в башне.

Таким образом, существует необходимость в усовершенствовании мокрой очистки содержащихся SO_х в отходящих дымовых газах в одноходовых открытых башнях обработкой карбонатом кальция путем повышения эффективности процесса и его экономичности при одновременном уменьшении общих необходимых габаритных размеров башни, улучшении утилизации карбоната кальция, сохранении высокой надежности, снижении энергетических затрат и достижении высокой производительности в сочетании со значительным снижением процентного содержания SO_x.

Существует необходимость также в усовершенствовании мокрой очистки содержащихся SO_x в отходящих дымовых газах в одноходовых открытых башнях обработкой карбонатом кальция за счет повышения реакционной способности шлама для промывки газов без применения, химических добавок.

Конструкция и работа одноходовых противоточных башен с распылителями, в которых применяют известняк, описаны Rader и Bakke в работе Incorporating Full-Scale Experience Into Advanced Limestone Wet FGD Designs, представленной на IGCI Forum '91, 12 сентября 1991 г., Вашингтон, округ Колумбия (первоначально Industrial Gas Cleaning Institute, теперь Institute of, Clean Air Companies, Вашингтон, округ Колумбия). Открытые башни с распылителями (т.е., у которых отсутствуют насадки, тарелки или другие средства, способствующие контактированию газа с жидкостью) просты по конструкции и обеспечивают высокую надежность. Их прежде всего используют на электростанциях, работающих на твердом топливе, где выделение хлоридов создает ряд проблем, включая пониженную реакционную способность шлама для промывки газов и интенсивную коррозию внутреннего оборудования скруббера. Другим фактором, способствующим применению открытых башен с распылителями, является свойственное им низкое падение давления и, как следствие, экономия энергии на тягодутьевых устройствах.

Было предложено использовать различные реагенты, но самые предпочтительные те, которые эффективны в малых количествах и которые можно приобретать по низкой цене, хранить и транспортировать с минимумом специальных манипуляций. Поэтому в качестве такого реагента был выбран карбонат кальция (коммерчески доступен в ряде разновидностей, включая известняк), поскольку он удовлетворяет указанным критериям, а при правильном проведении процесса образует побочные продукты, которые можно легко утилизировать в виде отходов на свалках или продавать как гипс.

В одноходовых противоточных открытых скрубберных башнях типа, описанного у Rader и Bakke, жидкость для промывки газа на основе карбоната кальция истекает сверху вниз, в то время как содержащий SO_x отходящий поток движется снизу вверх. Авторы суммируют установленные опытным путем значения ряда параметров, в том числе скорость подачи газа в абсорбере (приводя минимальную в 6 и максимальную в 15 футов в секунду, т.е. от примерно 2 до менее 5 метров в секунду), указывая на то, что такая скорость подачи газа в абсорбере оказывает слабое влияние на соотношение между жидкостью и газом (Ж/Г), являющееся ключевым фактором как для капитальных, так и для эксплуатационных затрат. Высота зоны контактирования аэрозоля шлама в башнях не приведена, но типичные величины обычно составляют от примерно 6 до примерно 15 м, что, основываясь на опыте, рассматривают как важный фактор при конструировании эффективной системы, от которой можно ожидать надежного удаления по меньшей мере 95% SO_x из отходящих потоков дымовых газов.

Известно, что в башнях указанного типа соотношение между количествами шлама и газа (Ж/Г) можно считать единственным конструкционным параметром, имеющим важное значение. Ж/Г влияет на затраты, связанные с перекачиванием, на расходные емкости и другие технологические и экономические факторы. Затраты на перекачивание известнякового шлама возрастают пропорционально увеличению высоты башни. Целесообразно уменьшить требуемую величину Ж/Г и высоту открытых башен с распылителями.

В US-5215672 Rogers и др. описывают способ мокрой очистки в скрубберной башне с гидроциклонным контуром, где в качестве основного обезвоживающего средства применяют гидроциклон. В этом способе после отделения потока тонкодисперсных твердых частиц от потока грубых твердых частиц, богатого гипсом, воду как часть загущенного потока тонкодисперсных частиц сбрасывают в отход по меньшей мере вместе с частью удаленной мелочи. Однако в описании не сказано, каким образом гидроциклон в качестве основного обезвоживающего средства может быть использован для повышения общей эффективности процесса и его экономичности при одновременном общем уменьшении необходимых габаритов башни, улучшенной утилизации реагентов, сохранении высокой надежности, снижении энергетических затрат и достижении высокой производительности в сочетании со значительным снижением процентного содержания SO_x.

Из известного уровня техники также известно использование насадочных башен. Rader и Bakke подчеркивают, что хотя башни этих типов обладают определенным преимуществом, выраженным в уменьшении эксплуатационных затрат, с ними связан дополнительный риск. Насадки или другие средства смешения газа с жидкостью способны засоряться или коррелировать и вызывать нежелательный проскок или падение давлений, приводящих к длительным простоям. Целесообразно использовать открытую башню, сочетающую в себе преимущества насадочных башен, но в которой не требуются насадки и которая была бы меньше открытых башен известной конструкции.

В посвященной известному уровню техники литературе нет прямых указаний на средства по усовершенствованию, которые в случае с одноходовыми открытыми башенными противоточными скрубберами для снижения содержания SO_x мокрой очисткой известняком позволяют получить результаты, сравнимые с получаемыми в насадочных башнях, но без применения насадок или связанных с ними проблем.

В одноходовых противоточных открытых скрубберных башнях такого типа, как рассмотренные Rader и Bakke, шлам для промывки газов, содержащий карбонат кальция, сульфат кальция, сульфит кальция и другие нереакционноспособные твердые материалы, истекает сверху вниз, в то время как содержащий SO_x отходящий дымовой газ движется снизу вверх. SO_x, в основном SO₂, поглощают нисходящим потоком шлама для промывки газов и собирают в реакционном резервуаре, в котором образуются сульфит кальция и сульфат кальция. Для ускорения образования сульфата через сульфит реакционный резервуар целесообразно насыщать кислородом. После выращивания кристаллов сульфата достаточного размера их удаляют из реакционного резервуара и отделяют от шлама. Удаляют также растворимые примеси такие, как хлориды. Скрубберные башни относительно экономичны по конструкции и в работе, но затраты в обоих случаях зависят от реакционной способности шлама для промывки газов. Действительно, на эти затраты отрицательное влияние оказывают высокие концентрации растворенных в шламе для промывки газов хлоридов, которые подавляют реакционную способность карбоната кальция.

Известно, что содержание хлоридов в шламе для промывки газов можно снизить с помощью жидкости для промывки. Как правило, материал для промывки берут из реакционного резервуара или из воды, выделенной из гипса, рекуперированного из процесса.

Так, например, согласно US-3995006 на имя Downs и др. из грязеотстойника абсорбера удаляют шлам и направляют его в гидроциклонный сепаратор для отделения потока с высоким содержанием тонкодисперсных частиц сульфита кальция от потока с высоким содержанием относительно более крупных частиц карбоната кальция. После второго отделения сульфита кальция загущенный им поток сбрасывают в отход. В большинстве случаев сброс в отход больших количеств воды подавляет накопление хлоридов в системе. Однако сброс большого количества воды как с экологической, так и с экономической точек зрения нежелателен.

В US-5215672 на имя Rogers и др. описан способ, сходный со способом Down и др. в том, что в нем для отделения непрореагировавшего карбоната кальция от кальциевых солей, образовавшихся при взаимодействии с SO_x в результате промывки отходящего потока дымовых газов, применяют гидроциклон. В этом случае после отделения потока с тонкодисперсными твердыми частицами от потока с грубыми частицами, богатого гипсом, воду как часть загущенного мелочью потока сбрасывают в отход совместно по меньшей мере с частью удаленной мелочи. Хотя промывка с расходованием части воды достаточна для подавления накопления хлоридов в системе, при такой схеме удаляется пропорционально большое количество тонкодисперсных твердых частиц. У Rogers и др. предложено сбрасывать мелочь в виде отхода. Тем не менее из описания настоящего изобретения очевидно, что изменение такого технического приема на противоположный, несмотря на промывку с использованием части воды для подавления хлоридов, позволяет повысить реакционную способность системы и упростить ее схему.

В гидроциклонном контуре (описанным Rosenberg and Koch в работе, опубликованной в 93rd Bimonthly Report of the Stack Gas Emissions Control Coordination Center Group, июль 1989 г. ), размещенном в установке для ОДГ (обессеривания дымового газа) в Нидерландах, аналогичной описанной у Rogers и др. , предусмотрено разделение гипсовой суспензии из скруббера для мокрой очистки газов на поток с грубыми твердыми частицами и поток с тонкодисперсными твердыми частицами, причем весь поток с тонкодисперсными твердыми частицами возвращают в скруббер. В этом процессе материал для промывки не отбирают из потока, его необходимо отбирать из какого-либо другого источника. На прилагаемой к статье технологической схеме (фиг. 2) показан отбор материала для промывки из вакуумного ленточного фильтра. Сброс воды на этом этапе процесса позволяет снижать концентрацию хлоридов, но это достигается за счет удаления более значительных количеств воды, чем необходимо, так как удаленную таким образом воду разбавляют свежей порцией исходной воды, используемой для промывки гипса.

В известном уровне техники не описаны устройства и способы, необходимые для повышения реакционной способности в ситуации с одноходовыми открытыми башенными противоточными скрубберами для снижения содержания SO_x мокрой известняковой очисткой.

Более близкое техническое решение к предложенным способу и устройству описано в статье K.R.Hegemann и др., озаглавленной THE BISCHOFF FLUE GAS DESULFURIZATION PROCESS (представлена в EPA и EPRI, которые являлись совместными спонсорами First Combined FGD and Dry SO₂ Control Symposium, 25-28 октября 1988 г.). В ней раскрыт способ мокрой известняковой очистки газов в одноходовом открытом башенном противоточном скруббере для снижения содержания SO_x в дымовых газах, включающий подачу потока дымового газа, содержащего SO_x, снизу вверх по вертикальной скрубберной башне, подачу в вертикальную скрубберную секцию внутри башни аэрозоля из капелек водного шлама тонкоизмельченных карбоната кальция, сульфата кальция и инертных твердых материалов и его ввод в контакт с дымовым газом в противотоке потоку дымового газа, сбор шлама в реакционном резервуаре после контактирования с дымовым газом, удаление шлама из реакционного резервуара, обработку удаленного из реакционного резервуара шлама, обеспечивающую получение рециркуляционного потока, богатого тонкодисперсными частицами карбоната кальция, и другого потока, богатого частицами сульфата кальция, введение свежего карбоната кальция в качестве сырья в систему в количествах, достаточных для замены удаленного и не возращенного в процесс кальция, а также кальция, который растворился и прореагировал с SO_x, поглощенными жидкой фазой в скрубберной секции.

Устройство для осуществления известного способа содержит скрубберную башню, оснащенную коробом для ввода газов, коробом для отвода газов и вертикальной скрубберной секцией, направляющей поток дымового газа снизу вверх через нее, группу размещенных внутри скрубберной секции распылительных устройств, обеспечивающих ввод в поток дымового газа аэрозоля водного шлама тонкоизмельченного карбоната кальция в башне в противотоке этому потоку, реакционный резервуар, расположенный ниже группы распылительных устройств, предназначенный для сбора шлама по истечении периода контактирования с дымовым газом внутри вертикальной скрубберной секции, устройство для подачи в реакционный резервуар в виде сырья карбоната кальция, устройство подачи шлама распылением, содержащее по меньшей мере один насос и соединенный с ним патрубок для отвода шлама из реакционного резервуара и подачи шлама к группе распылительных устройств, систему поддержания качества шлама, содержащую гидроциклон, способный разделять шлам из реакционного резервуара на поток, богатый мелкими частицами карбоната кальция, и другой поток с более крупными частицами сульфата кальция, по меньшей мере один насос и связанный с ним патрубок для отвода шлама из реакционного резервуара и подачи шлама в гидроциклон, рециркуляционный патрубок, проходящий от гидроциклона до реакционного резервуара и служащий для подачи из гидроциклона рециркуляционного потока, богатого карбонатом кальция, разгрузочный патрубок, сообщающийся с этим рециркуляционным патрубком и служащий для удаления части рециркуляционного потока из рециркуляционного патрубка, и патрубок для выделения шлама сульфата кальция, проходящий от гидроциклона и служащий для удаления шлама сульфата кальция из гидроциклона.

Однако известным способу и устройству присущи те же недостатки, что и ранее описанным.

Задачей изобретения является разработать и создать усовершенствованные способ и устройство мокрой очистки отходящих дымовых газов, прежде всего из котельных, работающих на твердом топливе, для удаления окислов серы.

Эта задача решается с помощью усовершенствованного способа мокрой известняковой очистки газов в одноходовом открытом башенном противоточном скруббере для снижения содержания SO_x в дымовых газах, включающего подачу потока дымового газа, содержащего SO_x, снизу вверх по вертикальной скрубберной башне, подачу в вертикальную скрубберную секцию внутри башни аэрозоля из капелек водного шлама тонкоизмельченных карбоната кальция, сульфата кальция и инертных твердых материалов и его ввод в контакт с дымовым газом в противотоке потоку дымового газа, сбор шлама в реакционном резервуаре после контактирования с дымовым газом, удаление шлама из реакционного резервуара, обработку удаленного из реакционного резервуара шлама, обеспечивающую получение рециркуляционного потока, богатого тонкодисперсными частицами карбоната кальция, и другого потока, богатого частицами сульфата кальция, введение свежего карбоната кальция в качестве сырья в систему в количествах, достаточных для замены удаленного и не возвращенного в процесс кальция, а также кальция, который растворился и прореагировал с SO_x, поглощенными жидкой фазой в скрубберной секции. Согласно изобретению, дымовой газ, содержащий SO_x, вводят в вертикальную скрубберную башню со скоростью потока более чем около 4,5 м/с, возвращают в процесс в реакционном резервуаре основную часть рециркуляционного потока, богатого тонкодисперсным карбонатом кальция.

При этом средневесовой размер частиц тонкоизмельченного карбоната кальция, вводимого в качестве сырья, при подаче должен составлять менее примерно 8 мкм.

Значение pH шлама при ее вводе в скрубберную башню стремятся поддерживать примерно от 5,0 до примерно 6,3.

Предпочтительно скорость движения потока газа в скрубберной башне поддерживать примерно до 6 м/с.

Желательно также в соответствии с предложенным способом в башне разместить каплеотбойник с тем, чтобы обеспечить уменьшение количества капелек, уносимых газом, и изменение направления движения потока дымовых газов.

С помощью указанного каплеотбойника направление движения потока дымовых газов отклоняется по меньшей мере на 30^o от вертикальной оси башни, причем в ней по ходу движения потока газа после каплеотбойника размещают вертикально установленный туманоотделитель.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения шлам, удаленный из реакционного резервуара, направляют в гидроциклон с получением рециркуляционного потока, богатого тонкодисперсными частицами карбоната кальция, средневесовой диаметр которых составляет приблизительно 6 мкм или меньше, а величина молярного соотношения между кальцийсодержащими и серусодержащими соединениями равна по крайней мере 1,3, и удаляемого потока, богатого относительно крупными частицами сульфита кальция, средневесовой диаметр которых составляет примерно от 25 до примерно 55 мкм.

Целесообразно шлам отводить из реакционного резервуара по истечении средней продолжительности пребывания в нем менее примерно 8 часов.

Целесообразно также по меньшей мере часть шлама в рециркуляционном потоке возвращать в реакционной резервуар при величине молярного соотношения между кальцийсодержащими и серусодержащими соединениями по меньшей мере 1,3, при содержании твердого материала менее 10%.

Наиболее целесообразно, чтобы величина молярного соотношения была больше примерно 1,4, а рециркуляционный поток содержал менее 5% суспендированного твердого материала.

Предпочтительно шлам вводить распылительными насадками, которые размещают на двух уровнях с расстоянием между ними менее примерно 2 м, при этом направление истечения из смежных насадок поочередно изменяют с верхнего на нижнее и наоборот.

Предпочтительно также средний размер частиц карбоната кальция в реакционном резервуаре поддерживать от примерно 2 до примерно 6 мкм, причем средневесовой размер частиц тонкоизмельченного карбоната кальция при вводе его составляет менее примерно 8 мкм, где 99 вес.% частиц - менее 44 мкм.

Желательно также следить за тем, чтобы значение pH шлама в реакционном резервуаре было примерно от 5,8 до примерно 6,3.

В другом предпочтительном варианте реализации изобретения поток дымового газа подают в вертикальную скрубберную башню со скоростью от примерно более 4,5 до примерно 6 м/с, возвращают в процесс в реакционном резервуаре основную часть рециркуляционного потока, богатого тонкодисперсным карбонатом кальция, при этом средневесовой размер частиц вводимого в качестве сырья тонкоизмельченного карбоната кальция при добавлении свежего карбоната кальция составляет менее примерно 10 мкм.

В этом случае значение pH шлама в реакционном резервуаре поддерживают от примерно 5,0 до примерно 6,3. Значение pH шлама при ее вводе в скрубберную башню составляет примерно от 5,8 до примерно 6,3.

В этом случае также шлам, удаленный из реакционного резервуара, направляют в гидроциклон с получением рециркуляционного потока, богатого тонкодисперсными частицами карбоната кальция, средневесовой диаметр которых составляет примерно 8 мкм или меньше, а величина молярного соотношения между кальцийсодержащими и серусодержащими соединениями равна по крайней мере 1,3, и удаляемого потока, богатого относительно крупными частицами сульфита кальция, средневесовой диаметр которых составляет от примерно 25 до примерно 55 мкм.

По меньшей мере часть шлама в рециркуляционном потоке возвращают в реакционный резервуар при величине молярного соотношения между кальцийсодержащими и серусодержащими соединениями, равного по меньшей мере 1,3.

Желательно, чтобы указанное соотношение превышало примерно 1,4 при содержании в рециркуляционном потоке менее 5% суспендированного твердого материала.

При этом карбонат кальция измельчают непосредственно перед вводом в качестве сырья в шлам для поддержания 99%-ного содержания частиц карбоната с размерами менее 44 мкм, причем средневесовой размер частиц карбоната кальция в реакционном резервуаре поддерживают от примерно 2 до примерно 6 мкм, а средневесовой размер частиц тонкоизмельченного карбоната кальция при его вводе составляет менее примерно 8 мкм, где размер 99 вес.% частиц составляет менее 44 мкм.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения средневесовой диаметр частиц карбоната кальция, подаваемых в скрубберную башню, поддерживают равным примерно 6 мкм или меньше, а величину молярного соотношения кальцийсодержащих и серусодержащих соединений - равной по меньшей мере 1,1, при сборе шлама в реакционном резервуаре значение pH поддерживают от примерно 5,0 до примерно 6,3, шлам удаляют из реакционного резервуара по истечении средней продолжительности пребывания в нем менее примерно 6 часов, обработку удаленного из реакционного резервуара шлама ведут до достижения средневесового размера тонкодисперсных частиц карбоната кальция менее примерно 6 мкм и средневесового диаметра частиц сульфата кальция от примерно 25 до примерно 55 мкм, возвращают в процесс в реакционный резервуар по меньшей мере часть рециркуляционного потока, богатого тонкодисперсным карбонатом кальция, при этом величина молярного соотношения между кальцийсодержащими и серусодержащими соединениями в возвращаемой в процесс части рециркуляционного потока составляет по меньшей мере 1,4, и свежий карбонат кальция в качестве сырья вводят в систему в количествах, достаточных для замены удаленного и невозвращенного в процесс кальция, а также кальция, который растворился и прореагировал с SO_x, поглощенными жидкой фазой в скрубберной секции, причем средневесовой размер частиц вводимого тонкоизмельченного карбоната кальция поддерживают менее примерно 8 мкм.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения поток дымового газа подают со скоростью более чем примерно 4,5 м/с, шлам вводят в скрубберную башню через распылительные насадки, размещенные на двух уровнях, расстояние между которыми менее примерно 2 м, а направление истечения из смежных насадок поочередно изменяют с верхнего на нижнее и наоборот, при этом в процесс в реакционном резервуаре возвращают по меньшей мере часть рециркуляционного потока, богатого тонкодисперсным карбонатом кальция.

В способе снижения содержания SO_x в дымовом газе мокрой очисткой в соответствии с изобретением средневесовой размер частиц тонкоизмельченного карбоната кальция, вводимого в виде шлама в скрубберную башню, составляет примерно от 1 до примерно 8 мкм, а при вводе свежего карбоната кальция в качестве сырья в систему средневесовой размере частиц вводимого тонкоизмельченного карбоната кальция составляет менее примерно 10 мкм.

В еще одном способе снижения содержания SO_x в дымовом газе мокрой очисткой в соответствии с изобретением размеры реакционного резервуара выбирают таким образом, чтобы обеспечить взаимодействие SO_x с карбонатом кальция с получением кристаллов сульфата кальция, средневесовой диаметр частиц которого по меньшей мере в 2 раза превышает размер частиц кальция, вводимого в качестве сырья, а для поддержания низкого содержания хлоридов в шламе определяют содержание их в рециркуляционном потоке и удаляют часть рециркуляционного потока в соответствии с результатами определения содержания хлоридов.

Кроме того, при способе снижения содержания SO_x в дымовом газе по настоящему изобретению значение pH шлама в реакционном резервуаре желательно поддерживать от примерно 5,0 до примерно 6,3, при этом для поддержания низкой концентрации хлоридов в шламе в реакционном резервуаре определяют содержание хлоридов в рециркуляционном потоке и удаляют часть рециркуляционного потока в соответствии с результатом определения содержания хлоридов, величина молярного соотношения между кальцийсодержащими и серусодержащими соединениями в возвращаемой в процесс части рециркуляционного потока поддерживается несколько превышающей примерно 1,3, а средневесовой размер частиц свежего тонкоизмельченного карбоната кальция в данном случае составляет менее примерно 10 мкм.

Устройство для осуществления предложенного способа содержит скрубберную башню, оснащенную коробом для ввода газов, коробом для отвода газов и вертикальной скрубберной секцией, направляющей поток дымового газа снизу вверх через нее, группу размещенных внутри скрубберной секции распылительных устройств, обеспечивающих ввод в поток дымового газа аэрозоля водного шлама тонкоизмельченного карбоната кальция в противотоке этому потоку, реакционный резервуар, расположенный ниже группы распылительных устройств, предназначенный для сбора шлама по истечении периода контактирования с дымовым газом внутри вертикальной скрубберной секции, устройство для подачи в реакционный резервуар в виде сырья карбоната кальция, устройство подачи шлама распылением, содержащее по меньшей мере один насос и соединенный с ним патрубок для отвода шлама из реакционного резервуара и подачи шлама к группе распылительных устройств, систему поддержания качества шлама, содержащую гидроциклон, способный разделять шлам из реакционного резервуара на поток, богатый мелкими частицами карбоната кальция, и поток с относительно более крупными частицами сульфата кальция, по меньшей мере один насос и связанный с ним патрубок для отвода шлама из реакционного резервуара и подачи шлама в гидроциклон, рециркуляционный патрубок, проходящий от гидроциклона до реакционного резервуара и служащий для подачи из гидроциклона рециркуляционного потока, богатого карбонатом кальция, разгрузочный патрубок, сообщающийся с этим рециркуляционным патрубком и служащий для удаления части рециркуляционного потока из рециркуляционного патрубка, и выходящий из гидроциклона патрубок для удаления шлама сульфата кальция. Согласно изобретению усовершенствование устройства заключается в том, что реакционный резервуар выполнен с размерами, обеспечивающими возможность взаимодействия SO_x с карбонатом кальция с образованием кристаллов гипса, средневесовой диаметр частиц которого по меньшей мере в 2 раза превышает размер частиц карбоната кальция, вводимого в качестве сырья, а устройство подачи карбоната кальция в реакционный резервуар выполнено с возможностью подачи частиц со средневесовым размером менее примерно 10 мкм.

Преимущество изобретения заключается в том, что теперь диаметр башни может быть относительно небольшим, вследствие того, что рабочая скорость истечения газа, проходящего через зону распылительного контактирования (если основываться только на площади поперечного сечения и пренебречь площадью, занимаемой распылительными коллекторами и насадками), составляет не менее 4,5, предпочтительно до 6 метров в секунду. Высокая скорость способствует суспендированию жидкости в башне, не требует увеличения ее высоты и применения насадки или тарелок для удержания жидкости во взвешенном состоянии, а суспендированная таким образом жидкость оказывается более реакционноспособной благодаря увеличению времени для растворения карбоната кальция. Другими словами, очевидное преимущество изобретения состоит в увеличении продолжительности контактирования газа и шлама в башне с одновременным сохранением простоты проектирования, конструктивного исполнения, работы и технического обслуживания открытой башни с распылителями.

Описанный выше способ позволяет также вести процесс при таких значениях pH, которые заметно повышают его реакционную способность.

Результатом указанных усовершенствований является башня, по весу и объему составляющая примерно половину современного открытого башенного скруббера. Эффективность и экономичность процесса повышена с одновременным улучшением утилизации реагента, сохранением высокой надежности, уменьшением энергетических затрат и достижением высокой производительности при значительном снижении процентного содержания SO_х.

Сущность и дополнительные преимущества настоящего изобретения более подробно описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, где: на фиг. 1 показан схематически вариант способа по изобретению мокрой известняковой очистки газов с применением одноходового открытого башенного противоточного скруббера; на фиг. 2 - более подробно схема скрубберной башни типа по фиг. 1; на фиг. 3 - неполный вид сбоку компоновки распылительных устройств, расположенных на двух уровнях распыления в башне по фиг. 2; на фиг. 4 - вид снизу распылительных устройств на двух уровнях распыления в башне типа по фиг. 2; на фиг. 5 - аксонометрическое изображение каплеотбойника в башне по фиг. 1 и 2.

Изобретение предпочтительно применять для очистки дымовых газов бытовых котельных, работающих на твердом топливе, а в некоторых случаях изобретение особенно эффективно в процессах при очистке газов с большим содержанием хлоридов, например, в печах для прокаливания. Хотя эти преимущества могут оказаться самыми значительными в процессах такого типа, это не значит, что объем изобретения ограничивается ими. Можно обрабатывать потоки газов, образующихся в процессе сжигания углеродистых материалов всех типов, включая также природный газ, синтез-газ, жидкие топлива, битумы и остаточное котельное топливо, бытовые и промышленные твердые и другие горючие отходы и т.п.

Основным объектом нижеследующего описания является предпочтительный вариант изобретения по фиг. 1, где показана работа одноходового открытого башенного противоточного скруббера мокрой известняковой очистки газов для удаления окислов серы, прежде всего SO₂, из отходящих дымовых газов.

Известняк является предпочтительной разновидностью карбоната кальция, но при необходимости он может быть заменен другой формой карбоната кальция, включающей устричные раковины, арагонит, кальцит, мел, мрамор, мергель и травертин. Можно применять ископаемый материал или получаемый в производстве. В данном описании термины "карбонат кальция" и "известняк" использованы как взаимозаменяющие.

Необходимо отметить, что почти все доступные разновидности карбоната кальция, встречающиеся в природе, содержат небольшие количества относительно инертных материалов таких, как свободный диоксид кремния, карбонат магния и доломит, окислы железа, оксид алюминия и т.п. В принципе для проведения процесса мокрой очистки всегда целесообразно работать с очень чистыми разновидностями известняка, но при практическом проведении процесса мокрой очистки газов постоянно присутствуют некоторые примеси, которые образуют нереакционноспособные твердые материалы. К другим источникам нереакционноспособных твердых материалов, попадающих в такой процесс, относится зольная пыль, уносимая из коллектора 10 для сбора частиц и улавливаемая скруббером 100.

Известняк тонко измельчают, предпочтительно размолом, как это описано ниже, до достижения средневесового диаметра частиц приблизительно 10 мкм или меньше при 99%-ном содержании частиц размерами менее 44 м