Десульфуризация топлива

Сокращение выбросов оксидов серы путем десульфуризации топлива иногда проще, чем очистка дымовых газов от SO_x. Дополнительные преимущества такого подхода заключаются в повышении эффективности и надежности работы котельных установок, независимости от режимов работы ТЭС.

Удаление серы из углей. Сера, содержащаяся в углях, связана в пирите (колчеданная сера FeS₂), органических соединениях и сульфатах. Последние не представляют проблемы в отношении выбросов оксидов серы, поскольку даже при высоких температурах сульфаты диссоциируют лишь частично.

Пиритную серу можно удалить из угля физическими методами, а органическую — термическим или химическим способом.

Физические методысвязаны с предварительным измельчением угля до такой крупности кусков, при которой основная масса включенного колчедана высвобождается из структуры угля. Плотность колчедана составляет 4,85-5,10 г/см и в 2,5–3,0 раза превышает плотность угля. Затем уголь и колчедан разделяют способами, основанными на разнице их плотностей или на поверхностных свойствах. Для этого используют гравитационную сепарацию (опытная установка на Каширской ГРЭС извлекает до 75 % FeS₂ из подмосковного угля), пенную флотацию (48–65 % удаления колчедана), магнитную сепарацию.

Поскольку органическая сера химически связана с углеродом и водородом угля на молекулярном уровне, то она может быть удалена, если эти связи будут разорваны в результате химических реакций. Поэтому удаление органической серы из угля производится химическими методами, в процессе которых извлекается также и колчеданная сера.

В химических методахпроисходит реагирование измельченного угля с растворителями, в качестве которых используют водные растворы щелочей (Са(ОН)₂, NaOH, КОН), при повышенных температурах (350–450 °С). Одним из примеров химической десульфуризации угля может служить разработанный фирмой TWR (США) метод Гравимелт (Gravimelt), позволяющий не только уменьшить общее содержание серы на 90 %, но и снизить зольность топлива на 95 %. Упрощенная схема процесса Гравимелт, в котором в качестве реагента используется расплавленная каустическая сода NaOH, приведена на рис. 8.7

Размолотый высокосернистый уголь подается во вращающуюся печь, где реагирует с расплавленной каустической содой при температуре 350–400 °С в течение 1–2 ч по следующей реакции:

2NaOH + S →Na₂S + О + Н₂O (8.9)

После печи уголь подается в систему противоточной промывки и фильтрации, включающую в себя последовательно расположенные вращающиеся барабаны вакуумных фильтров и центрифуг. В этой системе уголь промывается от остаточного каустика и большей части минеральных веществ. Полученный таким образом конечный уголь благодаря существенному снижению зольности имеет большую калорийность.

Концентрированный раствор каустика, содержащий серу, кремний, оксиды железа и алюминия и пр. (удаленные из исходного угля), после системы водной промывки направляются в регенератор, в котором сначала в течение некоторого времени при температуре 80 °С из раствора каустика осаждаются минеральные вещества и сульфиды натрия. Последние отделяются от каустика в центрифуге.

8.7.Схема химической десульфуризации угля (процесс Гравимелт)

Далее раствор сульфида натрия, предварительно отделенный с помощью промывки водой от минеральных компонентов, обрабатывается известью, чтобы регенерировать каустик по реакции

СаО + Na₂S + Н₂0 →CaS + 2NaOH (8.10)

Осажденный из раствора сульфид кальция CaS отделяется в центрифуге, прокаливается на воздухе в специальной печи и в результате получается гипс, который легко утилизируется.

Раствор каустика после регенератора направляется в испаритель, в котором повторно конденсируется до безводного каустика, нагревается до температуры плавления и возвращается на вход в обжиговую печь. В свою очередь, конденсат из испарителя повторно направляется к первой ступени противоточной обмывки.