Десюльфуризация дымохода

Десульфуризация дым-газа ( FGD )-это набор технологий, используемых для удаления диоксида серы ( Поэтому 2 ) из газов выхлопных дымовых газов электростанций ископаемого топлива и из-за выбросов других процессов, излучающих оксид серы, таких как сжигание отходов , нефтеперерабатывающие заводы, цемент и печи извести.
Методы
[ редактировать ]Поскольку строгие экологические нормы ограничивают Итак, 2 выброса были приняты во многих странах, Таким образом, 2 удаляется из дымовых газов различными методами. Общие методы используются:
- Мокрый очистка с использованием суспензии щелочного сорбента , обычно известняка или лайма , или морской воды для очистки газов;
- Спрей-сухой очистки с использованием подобных сорбентов;
- Процесс влажной серной кислоты восстанавливает серу в виде коммерческого качества серной кислоты ;
- Десульфуризация дымохода Snox удаляет диоксид серы, оксиды азота и частицы из дымовых газов;
- Системы инъекции сухого сорбента, которые вводят порошкообразную гидратированную известь (или другой материал сорбента) в выхлопные протоки, чтобы устранить Итак 2 и Итак, 3 из выбросов процесса. [ 1 ]
Для типичной угольной электростанции десульфуризация дымохода (FGD) может удалить 90 процентов или более Итак, 2 в дымовых газах. [ 2 ]
История
[ редактировать ]Методы удаления диоксида серы из котла и выхлопных газов печи изучались более 150 лет. Ранние идеи для десульфуризации дымохода были созданы в Англии около 1850 года.
При строительстве крупномасштабных электростанций в Англии в 1920-х годах проблемы, связанные с большими объемами Итак, 2 с одного сайта начали беспокоиться об общественности. SO
2 Проблема выбросов не уделяла большого внимания до 1929 года, когда Палата лордов поддержала требование землевладельца против электроэнергии Бартона Манчестерской корпорации за ущерб на его земле Итак, 2 выброса. Вскоре после этого была запущена пресс -кампания против возведения электростанций в пределах Лондона. Этот протест привел к навязыванию SO
2 управления на всех таких электростанциях. [ 3 ]
Первый крупный блок FGD в утилите был установлен в 1931 году на энергетической станции Battersea , принадлежащей London Power Company . В 1935 году система FGD, аналогичная той, которая установлена в Battersea, отправилась в эксплуатацию на электростанции Суонси. Третья крупная система FGD была установлена в 1938 году на электростанции Fulham . Эти три ранних крупномасштабных инсталляций FGD были приостановлены во время Второй мировой войны , потому что характерные белые пара-шлейфу помогли бы найти местоположение вражескими самолетами. [ 4 ] Завод FGD в Баттерси был вновь проведен после войны и вместе с заводом FGD на новой электростанции Bankside B напротив Лондонского Сити, до тех пор, пока станции не закрылись в 1983 и 1981 годах соответственно. [ 5 ] Крупномасштабные блоки FGD не появлялись в коммунальных службах до 1970-х годов, где большинство установок произошла в Соединенных Штатах и Японии . [ 3 ]
Закон о чистом воздухе 1970 года (CAA) и его поправки повлияли на реализацию FGD. [ 6 ] В 2017 году был опубликован пересмотренный стандарт PTC 40. Этот пересмотренный стандарт (PTC 40-2017) охватывает сухие и регенерируемые системы FGD и обеспечивает более подробный раздел анализа неопределенности. Этот стандарт в настоящее время используется сегодня компаниями по всему миру.
По состоянию на июнь 1973 года в Соединенных Штатах было 42 подразделения FGD, 36 в Японии и 6 в Соединенных Штатах, начиная с 5 МВт до 250 МВт. [ 7 ] Примерно в 1999 и 2000 годах в 27 странах использовались подразделения FGD, а в общей мощности электростанции было 678 единиц FGD . Около 45% пропускной способности FGD находились в США, 24% в Германии , 11% в Японии и 20% в различных других странах. Приблизительно 79% подразделений, представляющих около 199 гигаватт мощности, использовали влажную очистку извести или известняка. Около 18% (или 25 гигаватт) использовались спрей-сушеные скрубберы или системы инъекции сорбентов. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
FGD на кораблях
[ редактировать ]Международная морская организация ( IMO ) приняла руководящие принципы по одобрению, установке и использованию скрубберов выхлопных газов (системы очистки выхлопных газов) на бортах, чтобы обеспечить соответствие регулированию серы MARPOL Приложение VI . [ 11 ] Состояния флага должны утверждать, что такие системы, и состояния порта могут (как часть управления состоянием порта ) гарантировать, что такие системы функционируют правильно. Если система скруббера не функционирует должным образом (и процедуры IMO для таких неисправностей не соблюдаются), штаты портов могут санкционировать корабль. Конвенция Организации Объединенных Наций по закону моря также дает государствам портов право регулировать (и даже запретить) использование систем скруббера открытых петлей в портах и внутренних водах. [ 12 ]
Образование тумана серной кислоты
[ редактировать ]Ископаемое топливо, такое как уголь и нефть, могут содержать значительное количество серы. Когда ископаемое топливо сжигается, около 95 процентов или более серы обычно преобразуется в диоксид серы ( Итак 2 ). Такая конверсия происходит в нормальных условиях температуры и кислорода, присутствующего в дымоходе . Однако существуют обстоятельства, при которых такая реакция может не возникнуть.
Таким образом, 2 может дополнительно окислять в триоксид серы ( Поэтому 3 ) Когда присутствует избыток кислорода и температура газа достаточно высока. Примерно при 800 ° C, формирование Итак, 3 предпочтительнее. Другой способ, который Таким образом, 3 можно сформировать через катализ металлов в топливе. Такая реакция особенно верна для тяжелого масла, где значительное количество ванадия присутствует . Каким -либо образом Таким образом, 3 сформировано, он не ведет себя как Итак, 2 в том, что он образует жидкий аэрозоль , известный как серная кислота ( H 2 SO 4 ) туман, который очень трудно удалить. Как правило, около 1% диоксида серы будет преобразовано в Итак 3 . Туман серной кислоты часто является причиной синей дымки, которая часто появляется, когда шлейф дымового газа рассеивается. Все чаще эта проблема решается с помощью влажных электростатических осадков .
FGD Chemistry
[ редактировать ]Принципы
[ редактировать ]Большинство систем FGD используют два этапа: один для удаления летучей золы , а другой для Итак, 2 удаления. Были предприняты попытки удалить как пепел, так и Итак, 2 в одном чистком судне. Тем не менее, эти системы испытывали серьезные проблемы с техническим обслуживанием и низкую эффективность удаления. В мокрой очистке системы дымовой газ обычно проходит сначала через устройство удаления пепла, электростатический осадок или багаж, а затем в Итак, 2 -Absorber. Однако в операциях сухой инъекции или аэрозоля, Таким образом, 2 сначала реагирует с извести, а затем дымовой газ проходит через устройство управления твердыми частицами.
Другое важное проектное соображение, связанное с влажными системами ФГД Итак, 2 . Эти газы очень коррозийны для любого нижнего оборудования, такого как вентиляторы, воздуховоды и стеки. Двумя методами, которые могут минимизировать коррозию: (1) разогревая газы выше точки росы или (2) использование материалов строительства и конструкций, которые позволяют оборудованию противостоять коррозионным условиям. Обе альтернативы дороги. Инженеры определяют, какой метод использовать на сайте.
Чистка с помощью щелочного твердого вещества или раствора
[ редактировать ]
Таким образом, 2 - кислотный газ , и, следовательно, типичные сорбентские суровые или другие материалы, используемые для удаления Итак, 2 из дымовых газов щелочные. Реакция, происходящая при мокрой очистке с использованием Caco 3 ( известняк ) суспензия производит сульфит кальция ( Caso 3 ) и может быть выражен в упрощенной сухой форме как:
- Caco 3 + so 2 → caso 3 + co 2
Мокрый очистка может быть проведена с помощью CA (OH) 2 ( гидратированная известь ) и Mg (OH) 2 :
- M (OH) 2 + SO 2 → CASO 3 + H 2 O (M = CA, MG)
Чтобы частично компенсировать стоимость установки FGD, некоторые конструкции, особенно системы инъекций сухого сорбента, еще больше окисляют CASO 3 (сульфит кальция) для производства рыночного CASO 4 · 2H 2 O ( гипс ), который может быть достаточно высоким качеством для использования в настенных и других продуктах. Процесс, с помощью которого создается этот синтетический гипс, также известен как принудительное окисление:
- 2 Caso 3 + h 2 o + o 2 → 2 caso 4 · 2h 2 o
Естественный щелочный использование для поглощения Итак, 2 - морская вода. А Таким образом, 2 поглощается в воде, и при добавлении кислорода реагирует с образованием сульфатных ионов Итак, и 2–4 бесплатно ЧАС + Полем Избыток ЧАС + компенсируется карбонатами в морской воде, толкающим карбонатное равновесие для высвобождения CO 2 GAS:
- Так что 2 + h 2 o + o → h 2 so 4
- HCO - 3 + H + → H 2 O + CO 2
В промышленности едкая сода ( NaOH ) часто используется для очистки Итак, 2 , производя сульфит натрия : [ 13 ]
- 2 Naoh + so 2 → na 2 so 3 + h 2 o
Типы влажных скрубберов, используемых в FGD
[ редактировать ]Чтобы способствовать максимальной площади поверхности газа и ликвидной поверхности и временем пребывания, был использован ряд мокльных скрубберных конструкций, включая башни спреев, Venturis, тарелки и мобильные упакованные кровати . Из -за наращивания масштаба, подключения или эрозии, которые влияют на надежность FGD и эффективность поглотителя, эта тенденция заключается в использовании простых скрубберов, таких как башни для брызг вместо более сложных. Конфигурация башни может быть вертикальной или горизонтальной, а дымовой газ может течь одновременно, противоречиво или перекрестно по отношению к жидкости. Главный недостаток башни спрей заключается в том, что они требуют более высокого требования к соотношению жидкости к газам для эквивалента Итак, 2 удаления, чем другие конструкции поглотителя.
FGD Scrubbers производят масштабирующие сточные воды, которые требуют обработки, чтобы соответствовать федеральным правилам выбросов США. [ 14 ] Тем не менее, технологические достижения в мембранах ионообменных обмена и электродиализиса обеспечили высокоэффективную обработку сточных вод FGD для удовлетворения пределов разряда EPA. [ 15 ] Подход к обработке аналогичен другим высоко масштабирующим промышленным сточными водами.
Вентури-Род Скрубберс
[ редактировать ]Скруббер Вентури - это сходящаяся/расходящаяся часть протока. Сходящаяся секция ускоряет поток газа до высокой скорости. Когда жидкий поток вводится в горло, что является точкой максимальной скорости, турбулентность, вызванная высокой скоростью газа, распыляет жидкость в небольшие капли, что создает площадь поверхности, необходимую для массового переноса. Чем выше падение давления в Вентури, тем меньше капли и тем выше площадь поверхности. Наказание находится в энергопотреблении.
Для одновременного удаления Итак, 2 и летают, можно использовать скрубберы Вентури. Фактически, многие из промышленных перевозки натрия являются вентуриными скрубберами, изначально предназначенными для удаления твердых частиц. Эти единицы были слегка модифицированы для введения натрия на основе натрия. Хотя удаление обеих частиц и Таким образом, 2 в одном сосуде может быть экономическим, необходимо рассмотреть проблемы высокого давления и поиска очищающей среды для удаления тяжелых нагрузок летучей золы. Однако в тех случаях, когда концентрация частиц низкая, например, из единиц, работающих на масле, она может быть более эффективным для удаления частиц и Итак, 2 одновременно.
Упакованные кровати
[ редактировать ]Упакованный скруббер состоит из башни с упаковочным материалом внутри. Этот упаковочный материал может быть в форме седла, колец или некоторых высокоспециализированных фигур, предназначенных для максимизации области контакта между грязным газом и жидкостью. Упакованные башни, как правило, работают при гораздо более низких падениях давления, чем скрубберы Вентури, и поэтому они дешевле. Они также обычно предлагают более высокий Итак, 2 эффективность удаления. Недостаток состоит в том, что они имеют большую тенденцию подключаться, если частицы присутствуют в избытке в потоке выхлопного воздуха.
Башни спрей
[ редактировать ]Брызги - это самый простой тип скруббера. Он состоит из башни с распылительными соплами, которые генерируют капли для контакта поверхности. Башни спреев обычно используются при циркуляции суспензии (см. Ниже). Высокая скорость вентури вызовет проблемы с эрозией, в то время как упакованная башня подключится, если она попытается циркулировать суспензию.
Уплотнительные башни с противоопухолом редко используются, потому что они имеют тенденцию подключаться к собранным частицам или масштабировать, когда извести или известняка используются выстрелы .
Чискатель реагента
[ редактировать ]Как объяснено выше, щелочные сорбенты используются для очистки дымовых газов для удаления Итак, 2 . В зависимости от применения, двумя наиболее важными являются гидроксид извести и натрия (также известный как каустическая сода ). Извести обычно используется на больших угольных или нефтяных котлах, которые встречаются на электростанциях, поскольку он намного дешевле, чем едкая сода. Проблема заключается в том, что это приводит к тому, что суспензион распространяется через скруббер вместо решения. Это усложняет оборудование. Для этого приложения обычно используется аэрозольная башня. Использование извести приводит к сульфиту кальция (сульфит ( Caso 3 ) Это должно быть утилизировано. К счастью, сульфит кальция может быть окислен для получения гипса побочного продукта ( CASO 4 · 2H 2 O ), который является продаваемым для использования в отрасли строительных продуктов.
Каустическая сода ограничена меньшими единицами сгорания, потому что она дороже, чем известь, но имеет то преимущество, что он образует решение, а не суспензию. Это облегчает работу. Он производит « отработанный каустический » раствор сульфита /бисульфита натрия (в зависимости от рН) или сульфата натрия, который должен быть утилизируется. Например , это не проблема на мельнице Kraft Pulp , где это может быть источником химикатов для макияжа в цикле восстановления.
Чистка раствором сульфита натрия
[ редактировать ]Можно чистить диоксид серы , используя холодный раствор сульфита натрия ; Это образует раствор серо водорода натрия. При нагревании этого раствора можно обратить вспять реакцию, образуя диоксид серы и раствор сульфита натрия. Поскольку раствор сульфита натрия не потребляется, он называется регенеративным лечением. Применение этой реакции также известно как процесс Wellman -Lord .
В некотором смысле это можно рассматривать как о том, чтобы быть похожим на обратимую жидко -жидкую экстракцию такого инертного газа, как ксенон или радон (или какое -то другое растворенное вещество, которое не подвергается химическому изменению во время экстракции) от воды до другой фазы. В то время как химическое изменение происходит во время экстракции диоксида серы из газовой смеси, в случае, когда равновесие экстракции смещается путем изменения температуры, а не с использованием химического реагента.
Газофазное окисление с последующей реакцией с аммиаком
[ редактировать ]Новая, появляющаяся технология десульфуризации дымоходов была описана МАГАТЭ . [ 16 ] Это радиационная технология, где интенсивный луч электронов запускается в дымовой газ одновременно с аммиака газом . Электростанция Ченду в Китае запустила такой блок десульфуризации дымовых газов в масштабах 100 МВт в 1998 году. Электростанция Pomorzany в Польше также запустила аналогичный размер в 2003 году, и что растение удаляет как серные, так и оксиды азота. Сообщается, что оба завода работают успешно. [ 17 ] [ 18 ] Тем не менее, принципы проектирования ускорителя и качество производства требуют дальнейшего улучшения для непрерывной работы в промышленных условиях. [ 19 ]
не Радиоактивность требуется или не создана в процессе. Электронный луч генерируется устройством, похожее на электронный пистолет в телевизоре. Это устройство называется акселератором. Это пример процесса радиационной химии [ 18 ] где физические эффекты радиации используются для обработки вещества.
Действие электронного луча состоит в том, чтобы способствовать окислению соединений диоксида серы в соединениях серы (VI). Аммиак реагирует с соединениями серы, образованными для получения сульфата аммония , которые могут использоваться в качестве азотистых удобрений . Кроме того, его можно использовать для снижения содержания оксида азота в дымовом газе. Этот метод достиг масштаба промышленных заводов. [ 17 ] [ 20 ]
Факты и статистика
[ редактировать ]- Информация в этом разделе была получена из опубликованного информационного бюллетеня США. [ 21 ]
Десульфуризация дымовых газов были применены к единицам сжигания, стреляя в уголь и нефть, которые варьируются в размере от 5 МВт до 1500 МВт. Scottish Power тратит 400 миллионов фунтов стерлингов на установку FGD на электростанции Longannet , которая составляет более 2000 МВт. Сухие скрубберы и распылительные скрубберы обычно применяются к единицам меньше 300 МВт.
FGD была установлена RWE NPOWER на электростанции Абертхау в Южном Уэльсе, используя процесс морской воды и успешно работает на заводе 1580 МВт.
Приблизительно 85% единиц десульфуризации дымовых газов, установленных в США, представляют собой мокрые скрубберы, 12% составляют сухие системы, а 3% - это системы сухого впрыска.
Самый высокий Таким образом, 2 эффективности удаления (более 90%) достигаются влажными скрубберами и самыми низкими (менее 80%) сухими скрубберами. Тем не менее, новые конструкции для сухих скрубберов способны повысить эффективность в порядке 90%.
В системах высыхания и сухой впрыскивания брызги необходимо сначала охладить дымовые газы примерно до 10–20 ° C над адиабатическим насыщением , чтобы избежать отложения мокрого твердого вещества на нижестоящем оборудовании и подключения багхаусов.
Затраты на капитал, эксплуатацию и техническое обслуживание за короткую тонну Итак, 2 удалены (в 2001 году доллары США):
- Для влажных скрубберов более 400 МВт, стоимость составляет от 200 до 500 долларов за тонну
- Для влажных скрубберов меньше 400 МВт, стоимость составляет от 500 до 5000 долларов за тонну
- Для спрей сухих скрубберов более 200 МВт, стоимость составляет от 150 до 300 долларов за тонну
- Для спрей сухих скрубберов меньше 200 МВт, стоимость составляет от 500 до 4000 долларов за тонну
Альтернативные методы снижения выбросов диоксида серы
[ редактировать ]Альтернативой удалению серы из дымовых газов после сжигания является удаление серы из топлива до или во время сгорания. Гидродсульфуризация топлива использовалась для обработки топливных масел перед использованием. Флюидированное сжигание кровати добавляет извести в топливо во время сгорания. Лайм реагирует с Итак, 2 для образования сульфатов , которые становятся частью пепла .
Эта элементарная сера затем разделяется и, наконец, восстанавливается в конце процесса для дальнейшего использования, например, в сельскохозяйственных продуктах. Безопасность является одним из величайших преимуществ этого метода, так как весь процесс происходит при атмосферном давлении и температуре окружающей среды. Этот метод был разработан Paqell, совместным предприятием между Global Solutions Shell Solutions и Paques. [ 22 ]
Смотрите также
[ редактировать ]- Сжигание
- Скруббер
- Выбросы дымовых газов от сжигания ископаемого топлива
- Стеки по дымоходу
- Уэлман -Лорд процесс
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Технология сухого сорбента | Системы управления NOX» .
- ^ Compositech Products Manufacturing Inc. "Десульфуризация дымохода - обработка сточных вод FGD | Производитель Compositech Filters" . www.compositech-filters.com . Получено 30 марта 2018 года .
- ^ Jump up to: а беременный Биондо, SJ; Мартен, JC (октябрь 1977 г.). «История систем десульфуризации дымовых газов с 1850 года». Журнал Ассоциации контроля загрязнения воздуха . 27 (10): 948–61. doi : 10.1080/00022470.1977.10470518 .
- ^ Шейл, Джон (1991). Власть в доверие: история окружающей среды Центрального совета по производству электроэнергии . Оксфорд: Clarendon Press. п. 52. ISBN 0-19-854673-4 .
- ^ Мюррей, Стивен (2019). «Политика и экономика технологий: энергетическая станция Bankside и окружающая среда, 1945-81». Лондонский журнал . 44 (2): 113–32. doi : 10.1080/03058034.2019.1583454 . S2CID 159395306 .
- ^ "Чистый воздушный межгосударственный правило" . Эпэ 2016
- ^ Beychok, Milton R., справляясь с SO 2 , Химическая инженерия/выпуск настольной книги, 21 октября 1974 г.
- ^ Nolan, Paul S., Технологии десульфуризации дымовых газов для угольных электростанций , компания Babcock & Wilcox, США, представленная Майклом X. Jiang на Международной конференции Coal-Tech 2000, ноябрь 2000 г., Джакарта, Индонезия
- ^ Рубин, Эдвард С.; Да, Соня; Hounshell, David A.; Тейлор, Маргарет Р. (2004). «Кривые опыта для технологий управления выбросами электростанции» . Международный журнал энергетических технологий и политики . 2 (1–2): 52–69. doi : 10.1504/ijetp.2004.004587 . S2CID 28265636 . Архивировано с оригинала 9 октября 2014 года.
- ^ Beychok, Milton R., Сравнительная экономика передовых процессов Desulfurization Desulfurization , EPRI-1381, EPRI-1381, Институт исследований электроэнергии, март 1980 г.
- ^ «Индекс решений MEPC и руководящих принципов, связанных с приложением MARPOL VI» . Архивировано с оригинала 18 ноября 2015 года.
- ^ Jesper Jarl Fanø (2019). Обеспечение международного морского законодательства по загрязнению воздуха через UNCLOS . HART Publishing.
- ^ Прасад, DSN; и др. (Апрель -июнь 2010 г.). «Удаление диоксида серы из дымовых газов на тепловых растениях» (PDF) . Расаян Дж. Хим . 3 (2). Джайпур, Индия: 328–334. ISSN 0976-0083 .
- ^ «Руководящие принципы Generation Electric Power Generation - окончательное правило 2015 года» . Эпэ 30 ноября 2018 года.
- ^ «Снижение затрат и отходов при обработке сточных вод для десульфуризации дымовых газов» . Силовая маг . Электроэнергия. Март 2017 года . Получено 6 апреля 2017 года .
- ^ Факт -лист о пилотной установке в Польше.
- ^ Jump up to: а беременный Хайфенг, Ву. «Применение электронного луча при обработке газовых отходов в Китае» (PDF) . Материалы семинара FNCA 2002 по применению электронного ускорителя . Пекин, Китай: Университет Ине Цинхуа.
- ^ Jump up to: а беременный Секция МАГАТАА 2003 Годовой отчет Архивировал 21 февраля 2007 года на машине Wayback
- ^ Chmielewski, Andrzej G. (2005). «Применение ионизирующего излучения к защите окружающей среды» (PDF) . Нуклеоника . 50 (Suppl. 3). Варшава, Польша: Институт ядерной химии и технологий: S17 - S24. ISSN 0029-5922 .
- ^ Промышленный завод для обработки дымовых газов с помощью электронного электронного ускорителя AG Chmielewski, Университет Варшавского технологического университета, Польша.
- ^ «Информационный бюллетень контроля загрязнения воздуха: десульфуризация дымового газа» (PDF) . Центр технологий чистого воздуха . Эпэ 2003. EPA 452/F-03-034.
- ^ «Описание процесса нефти и газа Hiopaq» . Утрехт, Нидерланды: Пакэлл Б.В. Получено 10 июня 2019 года .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Схематический процесс потока на растении FGD
- 5000 МВт FGD завод (включает в себя подробную схему потока процесса )
- Презентация Alstom un-e-e-e-e-e-e-ancome Control загрязнение воздуха (включает в себя процесс схемы для сухой, влажной и морской воды FGD)
- Статья по обработке дымовых газов , включая удаление хлорида водорода, триоксид серы и другие частицы тяжелых металлов, такие как ртуть.
- Институт чистых воздушных компаний - Национальная торговая ассоциация, представляющая производителей контроля выбросов