Название: Природоохранные технологии на ТЭС и АЭС Часть 2 - учебное пособие (Саломатов В.В.)

Жанр: Технические

Просмотров: 1368


3.2.2. система очистки генераторного газа

 

Общие положения

 

Обеспечение надежной длительной работы проточной части газовых турбин на продуктах сгорания генераторного газа с температурой 1250 оС, глубокое охлаждение газов в котле – утилизаторе, наконец, выполнение природоохранных требований возможны при тонкой очистке генераторного газа. Из него необходимо удалять твердые частицы и соединения токсичных элементов, способных вызвать эрозию, коррозию или загрязнение турбины, коррозию хвостовых поверхностей котла.

При применении низкотемпературных мокрых систем стоимость оборудования для охлаждения и очистки сырого генераторного газа составляет

15…20 \% общей стоимости ТЭС с ПГУ, а экономичность ТЭС снижается из-за потери значительной части физической теплоты газа.

Для уменьшения этих расходов, а также упрощения эксплуатации и повышения экономичности ПГУ проработана высокотемпературная очистка газа от пыли и серы с подачей к ГТУ газа с температурой 500…540 оС. Принципиальная схема высокотемпературного газа показана на рис. 3.3. В состав системы очистки входят реакторы, циклоны грубой очистки, фильтры тонкой очистки, регенератор, система транспорта сорбента.

Для сероочистки генераторного газа выбран метод хемосорбции сероводорода оксидом железа при температуре 450…550 оС:

FeO + H2S ® FeS + H2O

с последующей регенерацией сорбента:

2FeS + 3O2 ® FeO + 2SO2

и использованием обеспыленного диоксида серы для производства серной кислоты.

Сырой генераторный газ с температурой 500 оС поступает  в четырехполочные реакторы с кипящим слоем сорбента – оксида железа. Пройдя последовательно четыре кипящих слоя сорбента, генераторный газ освобождается от сероводорода и направляется в систему очистки от пыли.

Отработанный сорбент за счет давления в реакторе транспортируется

в атмосферный регенератор, где в кипящем слое с помощью окислителя (воздуха) производится выжиг серы. Регенерированный сорбент поступает в бункер, откуда с помощью шлюзовой системы возвращается в реактор. Шлюзовая система работает на сыром генераторном газе, давление которого выше, чем в точке ввода сорбента. Из шлюзовой системы газ сбрасывается в регенератор. Поскольку из циклонов и фильтров вместе с золой выводится часть сорбента, для восполнения потерь в бункер добавляется свежий сорбент в ко-личестве около 0,2 т/ч.

Обессеренный, но запыленный генераторный газ после реакторов  проходит две ступени пылеочистки: циклоны грубой очистки и фильтры тонкой очистки. Уловленная летучая зола в смеси с сорбентом за счет давления генераторного газа в сухом состоянии транспортируется в регенератор, откуда отбирается в хранилища-силосы, из которых отгружается потребителям или снова в газификатор.

Регенерация сорбента происходит с выделением теплоты. Для регулирования температуры кипящего слоя к воздуху (окислителю) подмешиваются отходящие из регенератора газы так, чтобы содержание кислорода в смеси составляло 6…8 \%.

Газы регенерации, содержащие 4…6 \% SO2, после регенератора проходят пылеочистку, затем поступают на производство серной кислоты. Очищенный от пыли генераторный газ с температурой 500оС поступает в камеры сгорания ГТУ.

 

Рис. 3.3.  Принципиальная  схема  очистки генераторного  газа: 

1 –  реакторы;   2 – циклоны грубой очистки;  3 – фильтры тонкой очистки;

4 – регенератор; 5 – бункер; 6 – порционер; 7 – шлюзовые бункера. а – сырой 

генераторный газ;   б – очищенный генераторный газ;   в – продувочный газ;

е – SO2   на производстве серной кислоты;  ж – вода на охлаждение; к – реге-

неративный сорбент с золой;   м – добавка сорбента; н – вывод сорбента

и золы; о – окислитель; с – смесь золы с сорбентом

Система сероочистки

 

Система сероочистки проработана для газификации угля на воздушном и на кислородном дутье. В обоих вариантах принят 20\%-й запас по расходу генераторного газа по сравнению с максимальным расходом при температуре наружного воздуха – 30 оС, и 100\%-й запас по содержанию сероводорода

в генераторном газе.

Технические данные сероочистки для одного блока ПГУ приведены

в табл. 3.2.

 

Т а б л и ц а  3.2

Технические данные сероочистки

 

Наименование величин

Вид дутья

воздушное

кислородное

Температура генераторного газа, оС

500

500

Давление газа, МПа

3,0

3,0

Плотность генераторного газа, кг/мм3

1,06

0,89

Расход генераторного газа, кг/с

300

132

                                               нм3/ч

1018900

534000

                                               нм3/с

283

148

Расход генераторного газа:

      при  3,0 МПа и 500 оС,  м3/ч

 

94320

 

49440

                                               м3/с

26,2

13,8

Содержание сероводорода, \% (об.)

0,1

0,2

Количество сероводорода в сыром генераторном газе,  м3/ч

 

1018,8

 

1067,6

                           кг/ч

1546,4

1620,6

                           кг/с

4,3

4,5

Емкость хемосорбента по сероводороду,  \%

20

20

Расход хемосорбента, кг/ч

7732

8102

                                      кг/с

2,16

2,26

Скорость генераторного газа в реакторе

(на полное сечение), м/с

 

0,26

 

0,26

Суммарная площадь сечения реакторов,  м2

100

52,8

Количество реакторов, шт.

8

4

Количество серной кислоты, получаемой из газов регенерации сорбента,  т/ч

 

22,28

 

23,4

                                                  т/сутки

534

560

                                                  т/год

200000

208000

Количество хемосорбента, циркулирующего в системе, т

 

80

 

44

 

 

Реактор системы представляет собой цилиндрический силовой корпус диаметром 4 м, защищенный изнутри двумя слоями огнеупорного кирпича толщиной по 115 мм: первый слой из шамотного легковесного кирпича марки ШЛ-0,4, второй из диатомового термоизоляционного кирпича марки Д-500. Изнутри футеровка защищена металлической обечайкой из нержавеющей стали. Футеровка обеспечивает температуру на корпусе менее 50 оС. По высоте корпуса размещаются четыре распределительные решетки кипящих слоев, расстояние между решетками составляет около 3,5 м. В каждой решетке имеется сливная труба, через которую сорбент поступает с верхней решетки на нижнюю. Сорбент подается на верхнюю решетку и удаляется с нижней. Сырой генераторный газ подается под нижнюю распределительную решетку, а обессеренный газ отбирается из верхней части корпуса на высоте 4 м от верхней решетки. Общая высота аппарата составляет 18 м, масса металла одного аппарата – около 100 т.

Регенератор сорбента представляет собой печь такого же типа, как широко используемые в цветной металлургии для обжига медного колчедана в кипящем слое. Поскольку процесс обжига FeS происходит с выделением теплоты, а температура в слое должна обеспечиваться ниже 800 оС, в кипящем слое размещена поверхность нагрева, выполненная из аустенитной стали, через которую прокачивается вода. Для ожижения слоя и окисления FeS используется смесь воздуха и рециркулирующих газов. В слой также сбрасывается генераторный газ из шлюзовой системы ввода сорбента в реактор.

Газы регенерации, содержащие 4…6 \% диоксида серы, после очистки от пыли сорбента поступают на завод по производству серной кислоты, работающий по обычной технологии. Завод на полную мощность ТЭС производительностью 400 тыс. т серной кислоты (олеум) в год, занимает площадь 100´250 м.

 

Система очистки генераторного газа от пыли

 

Более 70 \% исходной золы угля выводится из газификаторов в виде шлака.

Запыленность генераторного газа после газификаторов составляет

765 г/м3  при работе на кислородном и 400 г/м3 на воздушном дутье. Характеристика системы пылеочистки для одного блока ПГУ приведена в табл. 3.3.

Как и реактор сероочистки, циклон грубой очистки от пыли (рис. 3.4) выполнен с футеровкой, облицованной изнутри листом из нержавеющей стали.

Толщина силового корпуса циклона составляет 50 мм, внутренний диаметр по футеровке – 2370 мм. Щелевой вход имеет клиновидную форму: ширина щели в начале входа 496 мм, а в конце – 382 мм. Высота щели составляет 1700 мм.

Выходной патрубок установлен строго диаметрально и имеет внутренний диаметр по металлу 1700 мм, по футеровке – 1240 мм. Скорости газов как во входном, так и в выходном патрубках составляет 11 м/с. 

Т а б л и ц а  3.3

Технические данные системы пылеочистки

 

Наименование величин

Вид дутья

воздушное

кислородное

Температура генераторного газа, оС

500

500

Давление газа, МПа

3,0

3,0

Плотность генераторного газа, кг/нм3

1,06

0,89

Плотность газа при рабочих условиях, кг/м3

11,45

9,61

Запыленность газа на входе в циклоны грубой очистки, г/нм3

 

37

 

71

То же, при рабочих условиях, г/м3

400

765

Расход газа при рабочих условиях, м3/с

26,2

13,8

Скорость газа в поперечном сечении

циклона, м/с

 

3,0

 

3,1

Расход газа через один циклон, м3/с

13,1

13,1

Количество циклонов,  шт.

2

1

КПД циклона,  \%

95

95

Запыленность газа на входе в фильтры тонкой очистки,  г/нм3

 

1,9

 

3,6

То же, при рабочих условиях, г/м3

20

39

Поверхность фильтрации при скорости

фильтрации 0,01 м/с, м2

 

2620

 

1380

Количество фильтров

10

5

Расход продувочного газа при рабочих условиях (факт.: продувка = 1,83), м3/с

 

14,3

 

7,5

КПД фильтра тонкой очистки, \%

99,87

99,82

Остаточная запыленность генераторного

газа,  мг/нм3

 

2,4

 

6,5

 

К конической части циклона приварен футерованный бункер-накопитель с внутренним диаметром по корпусу 3200 мм, по футеровке – 2740 мм. Масса ме-талла одного аппарата составляет 50 т, масса тепловой изоляции – 50 т. Аэро-динамическое сопротивление циклона составляет около 5 кПа. При запыленности газа на входе 35…70 г/нм3 остаточная запыленность составит  1,9…3,6 г/нм3.

Для тонкой очистки генераторного газа используются фильтры с керамическими фильтрующими элементами диаметром 0,3 м и длиной 4,5 м. Элементы выполнены из двухслойной керамики с монослоем из мелкодисперсного порошка. 37 фильтрующих элементов помещены в аппарат с цилиндрическим силовым корпусом диаметром 4 м, футерованным изнутри так же, как и реактор. Фильтрующие элементы имеют открытый верхний конец и закрытый нижний. В верхней части элементы закреплены в трубной решетке, нижняя часть элементов висит свободно. Фильтрующие элементы по высоте дистанционированы между собой. Величина поверхности фильтрации одного аппарата составляет 260 м2.

 

Рис. 3.4. Цикл грубой очистки генераторного газа

Очистка фильтрующих элементов производится обратной продувкой.

В качестве продувочного газа при воздушном дутье используются сжатые уходящие газы, а при кислородном дутье – азот. Для уменьшения расхода продувочного газа фильтрующие элементы секционированы и очищаются поочередно (на рис. 3.3 для наглядности процесса очистки изображены два аппарата).

Пыль, отделенная от фильтрующих элементов, собирается в нижней части аппарата, в накопителе, откуда за счет давления транспортируется в сухом виде в регенератор, после которого отбирается в хранилища-силосы или направляется снова в газификатор.

Полная высота аппарата с фильтрами составляет 12 м, масса металла около 70 т, масса фильтрующих элементов – около 8 т.