Газификация сернистого мазута на ТЭС с очисткой продуктов газификации от серы

В генератор подается мелкораспыленный форсунками подогретый мазут и нагретый в компрессоре воздух давлением около 6 бар.

Газификация достигается в результате частичного сжигания мазута при недостатке воздуха (α=0,4–0,45).

При этом в генераторе происходит повышение температуры до 1300 °С и несгоревшая часть мазута подвергается гидролизу.

Продукты газификации содержат: CO₂ = 0,029; CO = 0,225; H₂ = 0,175;
CH₄ = 0,001; N₂ =0,566 (долей объемных). Такой газ имеет Q_н = 1200 ккал/м³.

Согласно технологической схеме (рис. 4.1) происходят следующие процессы.

Рис. 4.1. Схема гизификации сернистого мазута на ТЭС
с очисткой продуктов газификации

Продукты газификации направляют из генератора в котел – утилизатор (включен в основную схему ТЭС), где они охлаждаются с 1300
до 350–400 °С, затем в газо-газовый теплообменник (ГГТ), в котором они охлаждаясь до 200 °С, подогревают очищенный от сероводорода газы до 300 °С.

Из теплообменника продукты газификации направляются в систему очистки от твердых частиц (скруббер, трубы Вентури с брызгоуловителем и пенным промывателем). Улов частично направляется на дожигатель в генератор.

Очищенные от сажи газы поступают в адсорбер, орошаемый щелочным реагентом для поглощения сероводорода. Продукты после поглощения сероводорода поступают на регенерацию, с выделением сероводорода (30–50% С_кон). Далее H₂S используется для производства элементарной серы. Очищенные насыщенными парами газы подогреваются в газо-газовом теплообменнике и поступают в газовую турбину, где вновь после работы в ней охлаждаются до 160 °С и далее направляются к горелкам котла.

Преимущества:

· газы свободны от окислов серы и ванадия, а также содержат меньше окислов азота, так как температурный уровень в топочной камере ниже, чем при сжигании высококалорийного топлива;

· объем продуктов газификации составляет всего лишь 4–5% объема дымовых газов из-за высокого давления процесса газификации;

· получается элементарная сера. Удаление серы и ванадия достигается более полно, чем на НПЗ.

Недостатки:

· дополнительное производство с незнакомыми персоналу продуктами. Оборудование нельзя установить на действующих станциях из-за компоновочных сложностей;

· на ТЭС значительно усложняются вопросы техники безопасности и охраны труда, общей безопасности, производства, ремонта;

· снижение экономичности выработки электроэнергии.

Связывание серы в процессе сжигании мазута в кипящем слое частиц известняка.

Сернистый мазут сжигается в кипящем слое твердых частиц, в который погружены поверхности нагрева котла.

При этом теплообмен в топочном устройстве более интенсивен, чем при камерном сжигании, на 90% химически связывается сера, содержащаяся в топливе при сжигании.

Пониженный уровень температур в зоне горения, а значит – меньше образование окислов азота в продуктах сгорания.

Пример (один из вариантов): сжигание сернистого мазута в кипящем слое частиц известняка.

Стадии процесса:

· измельчение в дробилке;

· псевдоожижнной слой дроблёнки в топке;

· термическая диссоциация CaCO₃= CO₂+CaO

4CaO +4S=CaSO₄+3CaS и поглощение серы;

· удаление отработавшегося известняка на регенерацию.

Замыкание процесса происходит в кипящем слое частиц окиси кальция при атмосферном давлении с регенерацией окиси кальция и повторным ее использованием.

Согласно технологической схеме рис. 4.2 происходят процессы:

Рис. 4.2. Сжигание сернистого мазута в кипящем слое частиц известняка

Кусковой известняк CaCO₃ измельчается в дробилке, а из дробилки отсеивается фракция, крупные частицы которой имеют размер 5мм, а меньшие (меньше 2 мм) отсеиваются от фракции, чтобы избежать их выноса из кипящего слоя с продуктами сгорания.

Фракция известняка поступает в бункер, далее пневмотранспортом в топочное устройство котла на беспровальную решетку слоем 1–1,2 м, под которую подается воздух на горение. В кипящий слой частиц по мазуто-проводу равномерно распределяется мазут. В слой заведены также поверхности нагрева котла, отбирающие тепло от кипящего слоя и поддерживающие температуру 850 °С.

Термическая диссоциация известняка происходит по реакциям:

CaCO₃=CO₂+CaO

4CaCO+4S=CaSO₄+3CaS

сульфат сульфид

Окись кальция, реагируя с серой сжигаемого мазута, образует в восстановительной зоне сульфид, в окислительной – сульфат кальция. Часть частиц кипящего слоя, поглотившего серу топлива, через переливное устройство непрерывно удаляется из слоя в бункер отработавшего известняка, из него пневмотранспортом подается в регенератор. Свежий известняк добавляется на подпитку.

В регенераторе по принципу кипящего слоя проходит реакция на беспровальной решетке:

3CaSO₄+CaS=4SO₂+4CaO при Т=1000–1100 °С

Под решетку подаются продукты сгорания топлива, а в слой – регенерируемый материал.

Недостатки:

· необходимы изменения конструкции парогенераторного оборудования, новые агрегаты и системы;

· новые пылевидные отходы и новые задачи по обеспечению экологичности ТЭС. Кооперация ТЭС с производством серной кислоты или серы связаны с выбросами загрязняющих веществ на очень низких отметках;

· жидкое топливо, подаваемое на ТЭС и ТЭЦ, ограничено.