energijaDr Slavko \uri}Fakultet tehničkih nauka, Novi SadUDC:621.311.22.621.186.8Eksperimentalnoispitivanje odsumporavanjadimnih gasova suvimpostupkom pomoću kreča1. UvodKod suvih postupaka odsumporavanjadimnih gasova (ODG) suve česticereagensa se injektiraju u struju dimnihgasova koji kroz hemijske reakcijevezuju SO 2. Kao reagensi najčešće sekoriste kalcijumova jedinjenja CaCO 3,CaO ili Ca(OH) 2. Mesto injektiranjareagensa u struju dimnih gasova (ložištekotla, konvektivni deo kotla, dimnikanal termoelektrane), vreme kontaktagasovite i čvrste faze, kinetika procesaODG još predstavlja predmet teorijskihi eksperimentalnih ispitivanja. U realnimuslovima stepen izdvajanja SO 2izstruje dimnih gasova je dosta nizak iprema nekim istraživačima kreće seod 25-50% [1].Proces vezivanja SO 2iz dimnih gasovaza čestice reagensa CaO može se predstavitihemijskom reakcijom [2,3] :(1)U uslovima oksidacione atmosfere priprocesu ODG suvim postupkom pomoćuCaO odvijaju se sledeće hemijskereakcije[4-6]:Veliki broj teorijskih i eksperimentalnihstudija istražuje kinetiku reakcijesistema CaO-SO 2-O 2[7-10]. Mnogi(2)(3)(4)(5)RezimeU radu je opisano eksperimentalno ispitivanje odsumporavanja dimnih gasova(ODG) pomoću kreča CaO. U reaktoru u uslovima oksidacione atmosferevarirane su mase kreča od 174, 348 i 522g frakcija od 500 – 2000μm utemperaturskim opsezima od 298 do 308 o C i 589 do 607 o C. Dobijeni rezultatipokazuju da je najveći stepen izdvajanja SO 2iz dimnih gasova oko 93% ostvaren primmasi kreča od 522g, zapreminskom protoku dimnog gasa od 2.593, reakcionojtemperaturi od 306 o hC i vremenu proticanja dimnih gasova kroz reaktor za ODG od10 minuta. Najmanji stepen izdvajanja SO 2iz dimnih gasova oko 8% ostvaren je primasi kreča od 174g, zapreminskom protoku diimnog gasa od 2.97 m 3, reakcionojtemperaturi od 589 o hC i vremenu proticanja dimnih gasova kroz reaktor za ODG od18 minuta. Proračun termodinamičkih funkcija (ΔH, ΔS, ΔG, K p) reakcijeCaO+ SO 2+1O 2 CaSO 4pokazuje da je reakcija egzotermna i termodinamički2povoljna u temperaturskom intervalu 25 do 1300 o C (ΔG < 0). Do 900 o C konstantaravnoteže reakcije sinteze CaSO 4je vrlo velika, K p > 1, što znači da je reakcijapomerena u pravcu stvaranja produkata reakcije. Pri višim temperaturama (iznad900 o C) konstanta ravnoteže reakcije sinteze CaSO 4opada kao posledica pomeranjaravnoteže reakcije u smeru reaktanata. Ovo znači da je pri procesu ODG suvimpostupkom opravdano injektiranje reagensa CaO u zonama niskih temperatura kaonpr. konvektivni deo kotla ili dimni kanal termoelektrane.Ključne reči: Odsumporavanje dimnog gasa, kreč, reakciona temperatura, stepenizdvajanja SO 2Experimental Investigation of Dry Type Flue Gas DesulphurisationProcess Using LimeThe experimental investigation of dry type fl ue gas desulphurisation process (FGD)using lime CaO is shown in the paper. In the reactor within condition of oxidationatmosphere lime masses vary from 174, 348 and 522g fractions from 500 – 2000μmwithin temperature scope from 298ºC to 308 ºC and 589ºC to 607 ºC.The obtained results show that the highest degree of SO 2removal from fl ue gases,about 93%, is reached at lime mass of 522g, volumetric fl ow of dry fl ue gases of 2,59m³/h, reaction temperature of 306 ºC, and the time of fl ue gases fl owing through thereactor for fl ue gas desulphurisation of 10 minutes. The lowest degree of SO 2removalfrom fl ue gases, about 8%, is reached at lime mass of 174g, volumetric fl ow of dryfl ue gases of 2,97 m³/h, reaction temperature of 589 ºC, and the time of fl ue gasesfl owing through the reactor for fl ue gas desulphurization of 18 minutes.Calculation of thermodynamic functions (ΔH, ΔS, ΔG, K p) reactionCaO+ SO 2+1O 2 CaSO 4indicates that the reaction is exothermic and is2thermodynamically favourable within the temperature interval from 25 to 1300ºC(ΔG < 0). Up to 900ºC, equilibrium constant of CaSO 4synthesis reaction is veryhigh, K p > 1, signifying that the reaction is moved to the direction of formingproducts of the reaction. At higher temperatures (above 900ºC), equilibrium constantof CaSO 4synthesis reaction decreases as the consequence of equilibrium reactionmoving in the direction of the reactants. This signifi es that during the process of dryfl ue gas desulphurisation, injection of reagent CaO in the areas of low temperature,such as a convective part of a boiler or a fl ue gas channel of thermo-electric powerplant, is justifi ed.Key words: Dry flue gas desulphurisation, lime, reaction temperature, degree of SO 2removal.[087]
energijaistraživači kinetike reakcije sistemaCaO-SO 2-O 2zaključuju da je processinteze CaSO 4omogućen stvaranjemmeđuproizvoda CaSO 3koji zavisno odreakcione temperature i zapreminskogudela O 2u dimnom gasu oksiduje uCaSO 4ili CaS. Prema nekim drugimistraživačima [11] predložena su dvamehanizma sinteze CaSO 4. Prvimehanizam uključuje stvaranje međuproizvodaCaSO 3, a drugi mehanizamstvaranje SO 3. Za oba mehanizmadovoljne su reakcione temperaure oko850 o C, ali reakcione temperature kojesu iznad 850 o C favorizuju stvaranjeCaSO 4samo za drugi mehanizam.Mehanizam 1:(6)(7)svako ispitivanje reakciona temperaturabila je podešena na približno 300i 600 o C. Kada je dostignuta ciljanatemperatura (≈ 300 odnosno ≈600 o Ckreč je injektiran u reaktor mehaničkimputem. Gasnim analizatorom kontinualnosu merene koncentracije sumpordioksida, kiseonika, ugljen monoksidai ugljen dioksida u ulaznom i u izlaznomdimnom gasu. Brzina dimnoggasa kroz reaktor za ODG je bila od0.18 do 0.20 . Tom brzinom dimnoggasa je obezbeđena konstantnost maseuzorka kreča u reaktoru. Masa uzorkakreča se merila pre i posle procesaODG sa analitičkom vagom. Tokomm sm 3ispitivanja zapreminski protok dimnoggasa kroz reaktor za ODG iznosio je2.59 do 2.97 h .Tokom eksperimentalnog ispitivanjaprocesa ODG pomoću kreča korišćenisu sledeći merni instrumenti:Merenje protoka goriva- Instrument: menzuraOpseg merenja: 0-1000mlPodela:10mlMerenje temperature dimnih gasova- Instrument: termoelementNiCr-Ni sapokaznim instrumentomSlika 1 Šema eksperimentalnog postrojenja za ODG suvim postupkompomoću CaOMehanizam 2:(8)(9)Kompleksna interakcija raznih otpora(difuzija preko filma gasa, difuzija usloju proizvoda i površinsku reakcijuSO 2) jeste glavni uzroknekonzistentnosti mehanizama irezultata koji su dali razni istraživači.Eksperimentalno ispitivanje prikazanou ovom radu imao je cilj ispitivanjeuticaja reakcione temperature (temperaturedimnog gasa), mase reagensaCaO i vremena kontakta gasovite ičvrste faze u reaktoru za ODG nastepen izdvajanja SO 2iz dimnog gasa.Dobijeni rezultati ODG suvim postupkompomoću CaO mogu predstavljatipolaznu osnovu u fazi projektovanjaopreme za ODG kao i opreme zaizdavjanje čvrstih čestica.2. Eksperimentalno ispitivanjeprocesa ODGŠema eksperimentalnog postrojenjai reaktora za ODG prikazana je naslikama 1 i 2. Ispitivanje je vršeno satečnim gorivom (dizel D-2) sa masenimudelom sumpora od 0,70. Ostalekarakteristike (tehnička i elementarnaanaliza) korišćenog goriva su:W=0.15%, A=0.02%, C=85.73%,H=13.00%, O=0.30%, N=0.10%,S=0.70%. Kao reagens korišćen jekomercijalni kreč CaO frakcija od500 – 2000μm. Tokom eksperimentalnogispitivanja ODG masa kreča ureaktoru iznosila je 174, 348 i 522g.Grejanje reaktora i kreča u reaktoruostvareno je električnim grejačima. Za1 - menzura za tečno gorivo, 2 - gorionik, 3 – rotaciona peć, 4 – vod parcijalne struje dimnihgasova, 5 – električni grejač, 6 – uređaj za ODG, 7 – filtar za prečišćavanje dimnih gasova odčvrstih čestica, 8 – merač protoka dimnih gasova, 9 – vakum pumpaSlika 2 Šema reaktorske posude za ODG1 – cilindrična posuda, 2 – cev za dovod neprečišćanih dimnih gasova, 3 – pod, 4 – cev zaprolaz neprečišćenih dimnih gasova, 5 – zvono, 6 – sloj kreča, 7 – cev za odvod prečišćenihdimnih gasova[088]