CS235612B1

CS235612B1 - Method of sulphur oxides trapping

Info

Publication number: CS235612B1
Application number: CS633783A
Authority: CS
Inventors: Jiri Mikoda; Jan Fidler
Original assignee: Jiri Mikoda; Jan Fidler
Priority date: 1983-09-01
Filing date: 1983-09-01
Publication date: 1985-05-15

Abstract

Účelem vynálezu bylo dosáhnout odsíření spalin z fluidně spalovaného uhlí. Tohoto cíle se dosáhne tak, že se částice vápence do 3 mm samostatně fluidně kalcinují při teplotě nad 700 oc. Fluidním médiem jsou spaliny z fluidního spalování uhlí. Do fluidní spalovací vrstvy uhlí o teplotě pod 900 °C se za účelem odsiřování přivádí fluidně kalcinovaný vápenec. Spalování uhlí lze s výhodou provádět zaXpřítomnosti křemičitého písku. Způsob lze použít zejména pro odsiřování hnědého ulí.The purpose of the invention was to achieve desulfurization flue gas from the fluidized coal. This the target is achieved by limiting the limestone particles up to 3 mm separately fluidized calc temperature above 700 ° C. Fluid media are flue gas from coal combustion. To a fluidized bed of coal below 900 ° C is fed for desulfurization fluid calcined limestone. Burning coal it is advantageous to carry out the presence of silica sand. In particular, the method may be used for desulphurization of brown alley.

Description

Vynález se týká způsobu zachycování kysličníků síry.The present invention relates to a method for capturing sulfur oxides.

U dvoustupňového fluidního reaktoru na spalování a odsiřování uhlí se spaluje uhlí ve spodní fluidní vrstvě a vznikající kysličníky síry ve směsi se spalinami se vedou do horní fluidní vrstvy, kde se kysličníky síry zachycují ve vrtsvě vápence. Pro zachycení 85 % vznikajícího oxidu siřičitého při teplotách 780 až 820 °C na částicích vápence o velikosti do 2 mm je nutno udržet molární poměr vápník : síra rovný 3 a více ve vztahu k rovniciIn a two-stage fluidized bed combustion and desulfurization reactor, coal is combusted in the lower fluidized bed, and the resulting sulfur oxides mixed with the flue gas are passed to the upper fluidized bed where the sulfur oxides are trapped in the limestone bed. To capture 85% of the sulfur dioxide produced at temperatures of 780 to 820 ° C on limestone particles up to 2 mm in size, it is necessary to keep the calcium: sulfur molar ratio equal to 3 or more relative to the equation

CaC0₃ + S0₂ + 1/2 0₂ CaS0₄ + C0₂ CaCO ₃ + SO ₂ + 1/2 0 ₂ CaCO ₄ + CO ₂

Při průchodu horkých spalin vrstvou vápence se uvolňuje oxid uhličitý a vznikající póry jsou zaplňovány síranem vápenatým, který brání další difúzi oxidu siřičitého k reakčnímu povrchu částic vápence. Stupeň sulfatace vápence xCa je také závislý na reakční době:Passing hot flue gas through the limestone layer releases carbon dioxide and the resulting pores are filled with calcium sulfate, which prevents further diffusion of sulfur dioxide to the reaction surface of the limestone particles. The degree of sulphation of limestone xCa is also dependent on the reaction time:

t /°C/ /minuty/ xCa /% využití vápence/t / ° C / / minutes / xCa /% limestone utilization /

780 780 813 813 850 850 95 95 30 30 15 15 Dec 7 7 25 25 0 0

Důsledkem nízkého využití vápníku je vysoká spotřeba vápence k realizaci odsiřovacího procesu. Přebytek vápence lze snížit až na 1,5- až l,8násobek použitím zrnění vápence okolo 0,2 mm. Výtěžnost frakce vápence 0,2 mm při mletí je však velmi nízká - kolem 15 % a navíc je nutno snižovat rychlost fluidního média na 0,3 až 0,4 m/s /20 °C/, takže fluidní reaktor na svůj výkon je velmi rozměrný. Výška fluidní vrstvy musí být alespoň 1 m.Low calcium utilization results in high consumption of limestone for the desulfurization process. Excess limestone can be reduced to 1.5- to 1.8-fold by using limestone grain of about 0.2 mm. However, the limestone fraction yield of 0.2 mm during grinding is very low - around 15% and, moreover, the fluid medium velocity needs to be reduced to 0.3 to 0.4 m / s (20 ° C) so that the fluidized bed reactor is very efficient for its performance. bulky. The height of the fluidized bed must be at least 1 m.

V literatuře bylo popsáno i odsiřování spalin přídavkem oxidu vápenatého, přímo do fluidní vrstvy uhlí. Pokud se používá oxid vápenatý o zrnění do 1,2 mm, je sulfatace oxidu vápenatého velmi vysoká. Za 30 minut se při teplotě 800 °C a obsahu oxidu siřičitého ve spalinách 0,3 % objemu dosáhne sulfatace oxidu vápenatého ze 60 %.Flue gas desulfurization by adding calcium oxide directly to the fluidized bed of coal has also been described in the literature. When calcium oxide of up to 1.2 mm is used, the sulfation of calcium oxide is very high. After 30 minutes at 800 ° C and a sulfur dioxide content of 0.3% by volume of flue gas, 60% of the calcium sulphation is achieved.

Přímé odsiřování přídavkem oxidu vápenatého je v praxi obtížně proveditelné, protože vzhledem k vysoké reaktivitě oxidu vápenatého jej nelze připravovat do zásoby, zejména zrněni 1 až 2 mm /hydratace/.In practice, direct desulfurization by the addition of calcium oxide is difficult to carry out because, due to the high reactivity of the calcium oxide, it cannot be prepared for storage, especially a grain size of 1 to 2 mm (hydration).

Společnou nevýhodou obou výše popsaných postupů je nutnost používat uhlí o zrnění 3 až 5 mm při rychlosti fluidního média do 0,8 m/s /20 °C/, aby fluidní vrstva uspokojivě fungovala.A common disadvantage of the two processes described above is the need to use coal having a grain size of 3 to 5 mm at a fluid medium velocity of up to 0.8 m / s (20 ° C) for the fluidized bed to function satisfactorily.

Je známo, že řídicím dějem fluidních reakcí je difúze plynných reakčnich složek z povrchu tuhých částic dovnitř a naopak. Rychlost takovýchto dějů klesá se čtvercem velikosti částic. Byl popsán i způsob spalování uhlí ve vrstvě křemičitého písku. Takto lze udržet ve vznosu a spalovat částice uhlí o velikosti do 60 mm, přičemž i tyto velké částice uhlí postupně zcela vyhoří, protože popel vznikající na povrchu hořících částic je bezprostředně oddrcován pískem. Tím jsou podstatně sníženy difuzní odpory v proudu kyslíku do reakční zóny na povrchu reakční zóny a rychlost hoření prakticky nezáleží na velikosti částic. Rychlost oddrcování se pohybuje mezi 30 až 50 mm/h.It is known that the control action of fluid reactions is the diffusion of gaseous reactants from the surface of the solid particles inwards and vice versa. The rate of such events decreases with a square of particle size. The method of burning coal in a layer of quartz sand has also been described. In this way, coal particles of up to 60 mm can be kept buoyant and incinerated, and even these large coal particles gradually burn out completely, as the ash formed on the surface of the burning particles is immediately crushed by sand. Thereby, the diffusion resistances in the oxygen stream into the reaction zone on the surface of the reaction zone are substantially reduced and the combustion rate practically does not matter the particle size. The crushing speed is between 30 and 50 mm / h.

Výhodnějším a z technického hlediska snadněji realizovatelným než výše popsané postupy se jeví způsob zachycování kysličníků síry při fluidním spalování uhlí podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se částice vápence samostatně fluidně kalcinují za teploty nad 700 °C částečně odsířenými spalinami z fluidní spalovací vrstvy uhlí a takto kalcinovaný vápenec se přivádí do předřazené fluidní spalovací vrstvy uhlí, kde kysličníky síry ze spalin reagují s kalcinovaným vápencem za teploty pod 900 °C. Fluidní spalovací vrstva uhlí může obsahovat až 95 % hmot. křemičitého písku, částice vápence mají velikost do 3 mm, částice uhlí mají velikost pod 60 mm.The method of capturing sulfur oxides in the fluidized bed combustion of coal according to the invention seems to be more advantageous and more technically feasible than the above-described processes. and the thus calcined limestone is fed to a precombined fluidized bed of coal, where the flue gas sulfur oxides react with the calcined limestone at a temperature below 900 ° C. The fluidized bed of coal may contain up to 95 wt. quartz sand, limestone particles up to 3 mm, coal particles below 60 mm.

Způsob podle vynálezu je založen na přípravě kaloinovaného vápence bezprostředně před jeho použitím jako odsiřovací sorbent. Dalšího zlepšení procesu se dosahuje přídavkem písku do fluidní vrstvy uhlí, kde dochází k neustálému obnovování reaktivního povrchu jak uhlí, tak i sulfatovaného povrchu částic kalcinovaného vápence. Významné je *L to, že spaliny při odsiřování jsou 2krát v kontaktu s odsiřovacím sorbentem.The process according to the invention is based on the preparation of kaloinated limestone immediately before its use as a desulfurization sorbent. A further improvement of the process is achieved by adding sand to the fluidized bed of coal, where the reactive surface of both the coal and the sulfated surface of the calcined limestone particles is constantly renewed. Significantly, the flue gas during desulfurization is in contact with the desulfurization sorbent 2 times.

Za výhody způsobu podle vynálezu lze považovat vysoký stupeň využití vápence, vysoký stupeň odsíření spalin 80 až 90 %, široké granulometrické spektrum použitých surovin, tj. uhlí do 60 mm, vápenec do 3 mm při použití písku 1 až 2 mm a nízká tlaková ztráta obou fluidníeh vrstev, při rychlosti fluidního média 0,8 m/s /20 °C/, do 6 000 Pa.The advantages of the process according to the invention include a high degree of limestone utilization, a high degree of flue gas desulfurization of 80 to 90%, a wide granulometric spectrum of the raw materials used, i.e. coal up to 60 mm, limestone up to 3 mm using sand of 1 to 2 mm. fluidized bed layers, at a fluid medium velocity of 0.8 m / s (20 ° C), up to 6000 Pa.

Způsobem podle vynálezu lze spalovat, respektive odsiřovat i velmi nekvalitní, vysokopopelnatá a sirnatá hnědá uhlí. Podmínkou správné funkce odsiřování je přesná regulace teplot v obou fluidníeh vrstvách. Ve fluidní kalcinační vrstvě by měla teplota být v rozmezí 770 až 800 °C, ve fluidní spalovací vrstvě uhlí by měla být teplota v rozmezí 790 až 830 °C podle druhu použitého vápence. Pokud se ve fluidní spalovací vrstvě uhlí nepoužívá písek, je nutno používat uhlí o velikosti do 5 mm a vápenec o velikosti do 1 mm. K 80% zachycení oxidu siřičitého je zapotřebí cca dvojnásobku stechiometricky potřebného množství vápence o zrnění do 3 mm.The process according to the invention also enables the combustion or desulphurisation of very low-quality, high-ash and sulphurous brown coal. Precise temperature control in both fluidized beds is a prerequisite for proper desulfurization. In the fluidized bed calcination the temperature should be in the range of 770 to 800 ° C, in the fluidized bed combustion coal the temperature should be in the range of 790 to 830 ° C depending on the type of limestone used. If sand is not used in the fluidized bed combustion coal, coal up to 5 mm and limestone up to 1 mm should be used. Approximately twice the stoichiometrically required amount of limestone with a grain size of up to 3 mm is required for 80% sulfur dioxide capture.

Na přiloženém výkresu je schematicky znázorněno fluidní zařízení k realizaci způsobu podle vynálezu. V dalším se potom uvádí popis tohoto fluidního zařízení spolu s objasněním funkce.The attached drawing schematically shows a fluid device for carrying out the method according to the invention. In the following, a description of this fluid device is given together with an explanation of the function.

Fluidní spalovací vrstva uhlí £ je vymezena pláštěm 2_ a roštem £. Do fluidní spalovací vrstvy £ je uhlí přiváděno šnekovým podávačem £. Fluidní spalovací vrstva uhlí £ je udržována ve vznosu vzduchem přívodem £. Ve fluidní spalovací vrstvě uhlí £ je zabudována teplosměnná trubková plocha ££. Spaliny opouštějící fluidní spalovací vrstvu uhlí £ obsahují popílek a úletovou frakci odsiřovacího aditiva. Procházejí roštem £ do vápencové fluidní kalcinační vrstvy 5, do které vstupují částice vápence šnekovým podávačem Ί_ a odcházejí po kalcinaci přes hydraulický uzávěr 8 do fluidní spalovací vrstvy uhlí £. Trasou 10 odcházejí spaliny, zbavené oxidu siřičitého, ze spalovací jednotky.The fluidized bed of coal 6 is delimited by a jacket 2 and a grate 6. The coal is supplied to the fluidized bed by means of a screw feeder. The fluidized bed of coal 6 is maintained in the air by an inlet 6. In the fluidized bed of coal 6, a heat exchanging tube surface 38 is incorporated. The flue gas leaving the fluidized bed coal layer comprises fly ash and a flue gas additive fraction. They pass through the grate 6 into the limestone fluidized bed 5, into which the limestone particles enter through the screw feeder 7 and, after calcination, pass through the hydraulic closure 8 into the fluidized bed coal. Through the line 10 the flue-gas-free sulfur dioxide is discharged from the combustion unit.

PříkladExample

Teplota fluidní spalovací vrstvy uhlí £ byla 810 °C, hnědé uhlí ke spálení mělo výhřevnost 9 000 kJ/kg, 5 % S a 40 % popelovin, zrnění do 25 mm, rychlost fluidace byla 0,6 m/s /20 °C/. Teplosměnná trubková plocha 11 zaručovala transport 30 % tepla vzniklého fluidním spalováním. Teplota vápencové fluidní kalcinační vrstvy £ byla 790 °C a její výška 0,5 m. Výška fluidní spalovací vrstvy uhlí £ byla 0,55 m. Při molárním poměru Ca : S = 1,8 se zachytilo 80 % vzniklého SO2. Byl použit vápenec o zrnění 0,5 až 2 mm a křemičitý písek o zrnění 1 až 2 mm.The temperature of the fluidized bed coal coal was 810 ° C, the brown coal to be burned had a calorific value of 9,000 kJ / kg, 5% S and 40% ash, grain size up to 25 mm, fluidization rate was 0.6 m / s (20 ° C) . The heat transfer tube surface 11 guaranteed the transport of 30% of the heat generated by the fluidized bed combustion. The temperature of the limestone fluidized bed calcination layer was 790 ° C and its height was 0.5 m. The height of the fluidized bed coal layer was 0.55 m. At a molar ratio Ca: S = 1.8, 80% of the SO 2 formed was collected. The limestone used was 0.5 to 2 mm and silica sand was 1 to 2 mm.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. A process for capturing sulfur oxides in a fluidized bed combustion of coal, characterized in that the limestone particles are individually fluidized at a temperature above 700 [deg.] C. by partially desulfurized flue gas from the fluidized bed of coal. sulfur from the flue gas reacts with calcined limestone at temperatures below 900 ° C.

-

2. A process according to claim 1, wherein the fluidized bed of coal contains up to 95 wt. quartz sand.

3. The method according to claim 1, wherein the limestone particles have a particle size of up to

3 mm.

4. The method according to claim 1, wherein the coal particles have a size below 60 mm.