Известь для сероочистки дымовых газов: какой кальциевый реагент выбрать для мокрого, полусухого и сухого метода

Кратко Для сероочистки дымовых газов (десульфуризации, FGD) используют три кальциевых реагента: в мокрых скрубберах — чаще всего тонкомолотый известняк, в полусухих распылительных абсорберах — известковое молоко, при сухой инжекции — порошкообразную гашёную известь. Выбор реагента определяют целевая степень очистки, мольное отношение Ca/S, бюджет капиталовложений и побочный продукт. В руководстве эти методы и реагенты — известняк и известь для сероочистки дымовых газов — сравниваются по справочным данным ЕС.

Что такое десульфуризация и зачем нужна известь для сероочистки дымовых газов?

Сероочистка дымовых газов (десульфуризация, FGD — flue gas desulfurization) — это улавливание диоксида серы (SO₂) из дымовых газов топливосжигающих установок до его выброса в атмосферу. Основа процесса — кальциевые реагенты: известняк, негашёная или гашёная известь реагируют с кислым газом и переводят его в твёрдое соединение кальция. Продукт реакции либо осаждается в виде гипса, либо улавливается на фильтре как сухой порошок.

Известь применяют не только для улавливания SO₂. С кальцием реагируют и другие кислые газы — хлористый водород (HCl) и фтористый водород (HF). Поэтому известковые системы широко распространены не только на электростанциях, но и на мусоросжигательных, цементных, стекольных и металлургических предприятиях. Профили загрязняющих веществ по отраслям приведены на нашей странице о применении извести для очистки дымовых газов.

Основные реакции:

• Известняк в мокром процессе: CaCO₃ + SO₂ + ½O₂ + 2H₂O → CaSO₄·2H₂O + CO₂
• Гашёная известь в полусухом и сухом процессе: Ca(OH)₂ + SO₂ → CaSO₃ + H₂O

Чем различаются известняк, негашёная и гашёная известь?

Все три получают из одного минерала, но скорость реакции и способ применения у них разные. Известняк — исходный минерал. Негашёную известь получают обжигом (кальцинацией) известняка примерно при 900–1100 °C. Гашёная известь образуется при гашении негашёной извести водой.

Известь реакционноспособнее известняка; Национальная ассоциация производителей извести США (NLA) отмечает также, что для неё требуется меньше капитального оборудования. Известняк дешевле и, согласно справочному документу ЕС, в мокрых системах может обеспечить почти такое же удаление SO₂, как известь. Подробно о разнице между двумя видами извести — в нашем сравнении негашёной и гашёной извести.

Реакция негашёной извести с водой CaO + H₂O → Ca(OH)₂ идёт с выделением тепла, и вода связывается прочно. На этой же реакции основан принцип работы известковых влагопоглотителей для контейнеров.

Какой реагент используют в мокрых скрубберах?

В мокрых скрубберах чаще всего используют тонкомолотый известняк. Согласно справочному документу BREF по крупным топливосжигающим установкам, выпущенному Объединённым исследовательским центром Европейской комиссии (JRC) в 2017 году, на мокрые скрубберы приходится 80 % установленных мощностей FGD. Из них 72 % работают на известняке, 16 % — на извести, 12 % — на других реагентах.

BREF указывает, что содержание CaCO₃ в известняке, подаваемом в абсорбер, должно превышать 95 %. Реакционная способность известняка заметно влияет на эффективность, но стандартного метода её измерения нет. Поэтому крупность помола и чистоту оценивают вместе; как читать гранулометрический состав тонкомолотого карбоната кальция, мы рассказали в отдельной статье.

Данные BREF по мокрым известковым и известняковым скрубберам:

• Удаление SO₂ — от 92 % до более чем 99 % в зависимости от типа абсорбера.
• Мольное отношение Ca/S — 1,02–1,1.
• Удаление HCl и HF — 90–99 %.
• Побочный продукт — гипс чистотой 90–95 %.

Капитальные затраты на мокрые системы относительно высоки, а эксплуатационные — умеренные благодаря автоматизации, надёжности и товарному гипсу. Если важна белизна гипса, вместо известняка можно использовать известь. Мокрым системам также нужна очистка сточных вод.

Как применяют известь в полусухих системах?

Основной реагент полусухих систем — гидроксид кальция. Самый распространённый пример — распылительный абсорбер (SDA). В нём известковое молоко распыляется мелкими каплями в горячий газ. SO₂, SO₃ и HCl реагируют с каплями, вода полностью испаряется, а продукт улавливается на фильтре в виде сухого порошка. Сточных вод не образуется.

Известковое молоко готовят двумя способами. На объекте можно гасить негашёную известь или смешивать с водой готовую порошкообразную гашёную известь. Выбор зависит от того, есть ли на объекте установка гашения, и от объёма потребления.

Источник: JRC, BREF по крупным топливосжигающим установкам (2017), табл. 3.13 и данные по сухим скрубберам ЦКС.

Согласно BREF, капитальные затраты на распылительный абсорбер примерно на 30–50 % ниже, чем на мокрую известняковую систему той же производительности. Зато эксплуатационные затраты выше, поскольку известковый сорбент дороже известняка. Поэтому распылительные абсорберы чаще выбирают для малых и средних установок на топливе с низким и средним содержанием серы, а также для проектов модернизации действующих объектов (retrofit).

Как работает гашёная известь при сухой инжекции (DSI)?

При сухой инжекции сорбента (DSI, dry sorbent injection) порошкообразную гашёную известь вводят непосредственно в газоход между воздухоподогревателем и электрофильтром или рукавным фильтром. Сорбент реагирует с кислыми газами в газоходе и на фильтре; продукты реакции и непрореагировавший сорбент задерживаются фильтром. В ряде случаев увлажнение газа повышает степень связывания серы.

Согласно BREF, ключевые особенности DSI таковы:

• Удаление SO₂ обычно составляет 50–80 %; новые процессы нацелены на 70–95 %.
• Время пребывания короткое (0,5–3 секунды). Без рециркуляции сорбента с SO₂ обычно реагирует лишь 15–30 % Ca(OH)₂.
• Специальная гашёная известь с высокой удельной поверхностью повышает степень использования сорбента и может снизить потребность в рециркуляции.
• Капитальные затраты низкие, монтаж простой; систему можно встроить на ограниченной площади и в короткие сроки. Поэтому DSI подходит для старых и небольших котлов.
• Зола, обогащённая непрореагировавшей известью, при намокании может затвердевать; растёт риск отложений в газоходе.

Эффективность DSI во многом определяют тонкость помола, удельная поверхность и чистота сорбента. Какие значения вносить в спецификацию, мы пошагово разобрали в руководстве по выбору гашёной извести для очистки дымовых газов.

Сколько извести нужно на килограмм SO₂?

Теоретическую потребность рассчитывают по уравнению реакции и умножают на отношение Ca/S, которое зависит от метода. По реакции Ca(OH)₂ + SO₂ → CaSO₃ + H₂O на 1 кг SO₂ требуется не менее 1,157 кг чистого Ca(OH)₂ (74,09 / 64,07). Для известняка это значение составляет 1,562 кг CaCO₃ (100,09 / 64,07).

Пример расчёта: представьте установку, которой нужно улавливать 100 кг SO₂ в час. Для распылительного абсорбера теоретическая потребность составит 127–162 кг чистого Ca(OH)₂ в час. При DSI без рециркуляции она вырастет до 386–771 кг в час. Если содержание активного Ca(OH)₂ в вашем продукте — 90 %, разделите эти значения на 0,90. HCl в газе тоже расходует известь: на 1 кг HCl требуется не менее 1,016 кг Ca(OH)₂.

Эти цифры — оценка порядка величин, а не проектные значения. Фактический расход зависит от температуры и влажности газа, типа фильтра и качества сорбента и определяется опытными испытаниями на объекте.

Какие критерии определяют выбор реагента?

Правильный реагент выбирают вместе с методом. Таблица ниже кратко сводит данные BREF:

Чтобы сузить выбор, ответьте на следующие вопросы:

1. Целевые выбросы и эффективность: какую степень очистки требует ваше разрешение?
2. Содержание серы в топливе: по данным NLA, на электростанциях сухие методы чаще применяют при низкосернистом топливе, мокрые — при высокосернистом.
3. Капиталовложения и площадь: при модернизации действующего объекта проще встроить DSI или распылительный абсорбер.
4. Вода и сточные воды: при дефиците воды предпочтительны сухие и полусухие методы.
5. Побочный продукт: товарный гипс или сухие отходы, подлежащие утилизации?
6. Снабжение и логистика: упаковка реагента, хранение, частота поставок и стоимость единицы активного вещества. Чтобы оценить предложения с этой точки зрения, воспользуйтесь нашим методом сравнения предложений на гашёную известь.

В Турции выбросы промышленных предприятий регулирует Регламент о контроле загрязнения воздуха промышленными источниками (Официальная газета от 3 июля 2009 г., № 27277) с последующими изменениями. Предельные значения для вашего предприятия сверяйте с актуальной редакцией регламента и с вашим разрешением.

Что Vişne Madencilik предлагает в цепочке производства извести?

Vişne Madencilik выпускает на собственных предприятиях всю цепочку продукции — от известняка до гашёной извести. У компании три интегрированных предприятия: Çelemli (Yüreğir, Adana), Narlı (Pazarcık, Kahramanmaraş) и Çukurova / Gündoğan (Ceyhan, Adana). На площадке Gündoğan расположены карьер и дробильно-сортировочный комплекс. Установка гашения извести и фасовочный участок на площадке Narlı открыты 17 апреля 2025 г. По данным компании, общая мощность по негашёной извести превышает 2250 т в сутки, а продукция экспортируется более чем в 30 стран. Подробнее о предприятиях — на странице «Наши заводы».

• Гашёная известь: отгружается в крафт-мешках по 25 кг, биг-бэгах по 1 т и автоцистернах-цементовозах.
• Негашёная известь: отгружается в биг-бэгах, автоцистернах и навалом; подходит для приготовления известкового молока на объекте.
• Газопоглотитель: подробности о семействе известковых продуктов Vikalo® для очистки от кислых газов — на странице продукта «Влаго- и газопоглотитель».

Часто задаваемые вопросы

Что такое гипс сероочистки?

Гипс сероочистки (FGD-гипс) — это дигидрат сульфата кальция (CaSO₄·2H₂O), который получают окислением воздухом сульфита кальция, образующегося в мокрых известняковых скрубберах. Справочный документ ЕС BREF указывает чистоту такого гипса на уровне 90–95 %. Это товарный побочный продукт, поэтому он частично компенсирует эксплуатационные затраты мокрых систем. Если потребителю важна белизна, вместо известняка можно выбрать известь.

Что использовать: бикарбонат натрия или гашёную известь?

Согласно BREF, при сухой инжекции бикарбонат натрия обычно обеспечивает более высокое удаление SO₂, а степень использования сорбента может превышать 80–90 %. Однако бикарбонат натрия нужно очень тонко измельчать непосредственно перед инжекцией, а образующиеся соли натрия не всегда удаётся использовать повторно. Решение следует принимать с учётом целевой эффективности, обращения с золой и общей стоимости.

Можно ли готовить известковое молоко на объекте из негашёной извести?

Да. BREF указывает, что гидроксид кальция для распылительных абсорберов можно получать гашением негашёной извести на объекте или покупать в виде порошка и смешивать с водой. Для гашения на объекте нужна установка гашения, а сама реакция выделяет тепло. Если инфраструктуры для гашения нет, готовая гашёная известь потребует меньших вложений.

Удаляют ли известковые системы также NOx?

Нет. Известковые системы улавливают кислые газы — SO₂, SO₃, HCl и HF, — но не удаляют оксиды азота (NOx). Для контроля NOx на стороне горения применяют горелки с низким выбросом NOx, а в газовом тракте — системы селективного восстановления, например SCR или SNCR. Поэтому в полной линии очистки известковую ступень проектируют отдельно от ступени очистки от NOx.

Почему сухая инжекция требует малых капиталовложений?

При сухой инжекции не нужна отдельная реакционная башня: сорбент вводят в существующий газоход, а продукт улавливается существующим фильтром. Поэтому BREF характеризует DSI как метод с простым монтажом, который помещается на ограниченной площади и может быть внедрён в короткие сроки. С другой стороны, из-за короткого времени пребывания степень использования сорбента низкая, и расход извести может быть выше, чем при других методах.

Какие данные нужны для подбора продукта?

Для предварительной оценки достаточно следующих данных: расход газа; концентрации SO₂, HCl и HF; температура газа; действующая система (сухая инжекция, распылительный абсорбер или мокрый скруббер); тип фильтра; целевое значение выбросов; ориентировочное месячное потребление и предпочтительная упаковка. С этими данными отправьте запрос на подбор продукта и коммерческое предложение.

Заключение

• В мокрых скрубберах применяют тонкомолотый известняк, в полусухих системах — известковое молоко, при сухой инжекции — порошкообразную гашёную известь.
• По данным BREF ЕС, мокрые системы обеспечивают наибольшее удаление SO₂, а сухая инжекция требует наименьших капиталовложений.
• Потребность в извести рассчитывают по уравнению реакции и отношению Ca/S для конкретного метода; фактический расход уточняют опытными испытаниями на объекте.
• Выбор определяют в совокупности целевая эффективность, топливо, капиталовложения, водопотребление, побочный продукт и условия поставки.

Источники

• Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Large Combustion Plants — Объединённый исследовательский центр Европейской комиссии (JRC), 2017, EUR 28836 EN (табл. 3.10, 3.13, 3.15; раздел 3.2.2.2).
• Using Lime for Flue Gas Treatment — National Lime Association (Национальная ассоциация производителей извести США).
• Safe handling of lime — European Lime Association (EuLA), 2015.
• Vişne Madencilik: страницы продуктов «Гашёная известь», «Негашёная известь», «Влаго- и газопоглотитель» и страница «Наши заводы» (заявленные данные о продукции, предприятиях и мощностях).

Автор

Связанные статьи

• Как выбрать гашёную известь для очистки дымовых газов? — тонкость помола, удельная поверхность, чистота и план опытных испытаний на объекте.
• Купить гашёную известь: как сравнить предложения поставщиков? — стоимость активного вещества с доставкой вместо цены за тонну.
• Что такое микронизированный карбонат кальция? — выбор продукта по d50, d97 и белизне.
• Как выбрать влагопоглотитель для контейнеров? — сравнение известкового влагопоглотителя, силикагеля и хлорида кальция.