Технологии за десулфуризация на отпадъчни газове

Серните оксиди се отделят при окислението на съдържащата се в горивото сяра, като мерки за отстраняване на тези замърсители, основно на SO₂, от емисиите отпадъчни газове от процеси на изгаряне, се използват от 70-те години на X век насам, първоначално в САЩ и Япония, а по-късно и в Европа. Днес съществуват множество различни начини за редуциране на емисиите на серен диоксид, генерирани вследствие на изгарянето на изкопаеми горива.

Инвестиционните разходи за една сероочистваща инсталация варират в широки граници в зависимост от избрания метод. Оперативните разходи зависят предимно от количеството и вида на реагента, потреблението на вода и електроенергия, дейностите по поддръжка и разходите за обезвреждане на остатъците, в случай че не се използват повторно. Сероочистващите системи изискват подходящо ниво на поддръжка, за да функционират оптимално. В допълнение, някои от тези инсталации заемат доста пространство.

Мокри скрубери

Мокрите скрубери са най-широко прилаганата технология за десулфуризация на отпадъчни газове в световен мащаб. Технологията включва впръскването на суспензионна смес от калциево-натриеви сорбенти в специално проектиран съд, в който протича взаимодействието със серния диоксид в отпадъчните газове. Скруберните системи се предлагат на пазара в много варианти в зависимост от използвания реагент.

Ефективността на мокрите скрубери може да достигне до 99%. Най-предпочитаният сорбент е варовикът, следван от негасената вар. В най-простата конфигурация на тези съоръжения всички реакции протичат в един-единствен абсорбер, което обуславя предимства като намалени капиталови разходи и понижено енергопотребление. Тези системи не изискват големи пространства, поради което ретрофитът им във функциониращи инсталации е лесен. Абсорберът обикновено трябва да има облицовка от каучук, неръждаема стомана или никелова сплав, позволяваща контролирането на процесите на корозия и износване. Като продукт се получава гипсова суспензия със съдържание на твърди частици между 7 и 18 масови процента. Суспензията се обезводнява посредством центрофуги, вследствие на което се получават фини кристалчета гипс. За да се постигне по-висока ефективност на отстраняване на серния диоксид, е необходимо отпадъчният газ да бъде пречистен от праховите частици преди да бъде подаден в скрубера. Методът е приложим за инсталации, при които съдържанието на сяра в използваното гориво е до 3,5%.

Удобен вариант за десулфуризация на отпадъчни газове, генерирани от топлоелектроцентрали, разположени в крайбрежни райони, е използването на морска вода като реагент. Морската вода е подходяща за целта, тъй като е с естествено основен характер, защото съдържа бикарбонати, и поради факта, че в резултат на реакцията се получават сулфати, които също са една от съставките на морската вода. Технологията предлага предимства като опростен дизайн и ниски капиталови и експлоатационни разходи.

Абсорбери със сухо впръскване

Приложението на този вид скрубери е ограничено за газови потоци с дебит от 0,8 × 106 Nm³/h, а ефективността им в отстраняването на серен диоксид достига 90%. Като реагент се използва суспензия от негасена вар и вода, която се впръсква в абсорбера посредством разпределителни системи. Получаващите се капчици се смесват с горещите димни газове, чиято температура обикновено варира между 120 и 160°C. Течната част от суспензията се изпарява, а отпадъчните газове се охлаждат до 65-80°C. Времето на престой в абсорбера е между 10 и 50 секунди, което е достатъчно за протичането на реакцията между серния диоксид и хидратната вар до получаването на суха смес от калциев сулфат и сулфит.

Капиталовите разходи за абсорберите със сухо впръскване зависят предимно от обема на отпадъчните газове, но и от вида и конфигурацията на скрубера и впръскващите системи. Експлоатационните разходи се определят от фактори като продължителността на експлоатация на пълен капацитет, концентрацията на серен диоксид и технологичния вариант.

Системи за впръскване на сорбент

Тези системи се делят на няколко вида според мястото на впръскване на сорбента – в пещта, в икономайзера, във въздуховодите или хибридни. В най-опростения вариант сух реагент се впръсква в пещта, за да реагира със серния диоксид в димните газове. Фино смленият сорбент се разпределя бързо и равномерно в рамките на цялото напречно сечение на горната част на пещта, където температурите са в диапазона 750-1250°C. Като реагент се използва варовик или хидратна вар. Полученият вследствие на реакцията калциев сулфат се улавя заедно с нереагиралите количества реагент и летящата пепел посредством ръкавен или електрофилтър.

При втория вариант хидратната вар се впръсква в газовия поток в близост до икономайзера, където температурата варира между 300 и 650°C. Тук основният продукт е калциев сулфит. Целта на впръскването във въздуховодите е равномерното разпределение на сорбента след подгревателя, където температурата е около 150°C, а хибридните системи обикновено съчетават подаването на реагента в пещта и във въздуховодите.

Системите за впръскване на сорбент са с относително ниски капиталови и оперативни разходи, лесни са за ретрофит, експлоатация и поддръжка, не генерират утайки и отпадъчни води. Ефективността на отстраняване на серния диоксид обаче е около 50%.

Сухи скрубери

При този метод, който може да се разглежда като вид впръскване на сорбент в пещта, димните газове се пречистват чрез реакция на серния диоксид с пулверизиран сух реагент. Сорбиращите добавки, които се използват най-често, са хидратна вар, варовик и доломит. Реагентът може да се прибави към горивото, горивния въздух или в зоната на пламъка. С този метод се постига ефективност на отстраняване на серния диоксид от 50%, като приложението му се свежда до горива със съдържание на сяра до 1%.

Вариации в натоварването на горивната инсталация, и съответно в температурния профил на пещта, оказват негативно въздействие върху ефективността на десулфуризация. За да се преодолее този проблем, сорбиращата добавка се впръсква в различни дози спрямо натоварването на инсталацията. Този метод понижава ефективността на горивната инсталация с около 0,7 до 1%.