CS260507B1

CS260507B1 - A method of circulating and desulphurizing low caloric coal

Info

Publication number: CS260507B1
Application number: CS867957A
Authority: CS
Inventors: Jiri Mikoda; Jan Fidler
Original assignee: Jiri Mikoda; Jan Fidler
Priority date: 1986-11-03
Filing date: 1986-11-03
Publication date: 1988-12-15
Also published as: CS795786A1

Abstract

Očelem řešení je zvýšit tepelnou účinnost při cirkulačním spalování a odsiřování uhlí. Tohoto cíle se dosáhne tak, íe uhlí a aditivum se dávkují do fluidní pískové spalovací vrstvy o zrnění 0,3 až 5 mm, pevná fáze, odloučená ze spalin, se zavede do další fluidní pískové vrstvy o zrnění 0,1 aí 0,6 mm a odtud zpět do fluidní pískové spalovací vrstvy o zrnění 0,3 aí 5 mm. Rychlost spalin mezi fluidní pískovou spalovací vrstvou a fluidní pískovou vrstvou se doporučuje po dobu 0,5 až 5 s zvýšit na 6 aí 15 m.s-1. Část spalin se jako sekundární vzduch zavádí zpět do fluidní pískové spalovací vrstvy.The aim of the solution is to increase the thermal efficiency in circulating combustion and coal desulfurization. This goal is achieved by dosing coal and additive into a fluidized sand combustion bed with a grain size of 0.3 to 5 mm, the solid phase separated from the flue gas is introduced into another fluidized sand bed with a grain size of 0.1 to 0.6 mm and from there back into the fluidized sand combustion bed with a grain size of 0.3 to 5 mm. The flue gas velocity between the fluidized sand combustion bed and the fluidized sand bed is recommended to be increased to 6 to 15 m.s-1 for a period of 0.5 to 5 s. Part of the flue gas is introduced back into the fluidized sand combustion bed as secondary air.

Description

Vynález se týká způsobu cirkulačního spalování a odsiřováni nízkovýhřevného sirnéhó uhlí.The present invention relates to a process for circulating combustion and desulfurization of low calorific sulfur coal.

Spalování a odsiřování nízkovýhřevných uhlí, tj. 8 výhřevností pod 10 MJ.kg”¹ se v poslední době jeví, vzhledem k ubývajícím zásobám uhlí a snižování jeho kvality, jako praxe. Bylo zjištěno, že spalování nekvalitních hnědých uhlí je možno s výhodou provádět ve fluidní vrstvě, obsahující písek či jiný inertní materiál. Takto lze například ve fluidní vrstvě písku o velikosti částic do 3 mm spalovat netříděné hnědé uhlí o velikosti částic do 40 mm, přičemž veškerý popel z uhlí a přidávaný oxid vápenatý nebo uhličitan vápenatý odcházejí se spalinami ve formě úletové frakce. Zásadní nevýhodou tohoto systému je minimální spálení úletových podílů uhlí, tj. uhelného prachu a minimální využití úletových frakcí vápence pro zachycování oxidu siřičitého.Incineration and desulphurisation of low-calorific coal, ie 8 calorific values below 10 MJ.kg ” ¹ , has recently appeared to be a practice, given the decreasing coal reserves and decreasing its quality. It has been found that the combustion of low-quality lignite can preferably be carried out in a fluidized bed comprising sand or other inert material. Thus, for example, in a fluidized bed of sand having a particle size of up to 3 mm, unsorted lignite with a particle size of up to 40 mm can be combusted, with all coal ash and added calcium oxide or calcium carbonate leaving with the flue gas in the form of a particulate. The main disadvantage of this system is the minimum incineration of the coal fraction, ie coal dust, and the minimal use of the limestone fraction for the capture of sulfur dioxide.

Při styku spalin a vápenatého aditiva dochází k částečnému odsiřování spalin, přičemž bylo zjištěno, že při spalování ve fluidní vrstvě pisku dochází nejen k oddrcování částic uhlí, ale i k oddrcování vápenatého aditiva a tím k obnově jeho povrchu na straně jedné, ale i ke zrychlenému únosu jemných podílů i nezreagovaného vápenatého aditiva z fluidní vrstvy ve formě úletové frakce na straně druhé. Tento jev pochopitelně snižuje procento využití vápenatého aditiva, přičemž vzhledem k panujícím a nezbytným hydrodynamickým podmínkám fluidní vrstvy tomuto nelze zabránit.At the contact of the flue gas and the calcium additive there is a partial desulfurization of the flue gases, and it has been found that during combustion in the fluidized bed of sand not only the coal particles are crushed, but the calcium additive is crushed. and the unreacted calcium additive of the fluidized bed in the form of a particulate fraction on the other hand. This phenomenon naturally reduces the percentage of utilization of the calcium additive, and due to the prevailing and necessary hydrodynamic conditions of the fluidized bed, this cannot be prevented.

Dalším pokusem o řešení této problematiky je použití cirkulační fluidní vrstvy popela a aditiva s tím, že uhlí a vápenec jsou předem nadrceny na optimální velikost k hoření a zachycování oxidu siřičitého, tj. uhlí obvykle na zrnění do 6 mm a vápenec 0,2 až 0,3 mm. Uhlí vyhořelé ve fluidní vrstvě je odpouštěno z reaktoru, úletové podíly fluidní popelové vrstvy jsou zachyceny Žárovým cyklonem a vraceny zpět do spalovacího reaktoru. Zásadní nevýhodou těchto dosavadních cirkulačních systémů s oxidační atmosférou ve fluidní vrstvě je nezbytnost provádět úpravy uhlí a vápence na velikost vhodnou pro fluidaci. Další nevýhodou je, že intenzívní styk oxidu siřičitého a oxidu vápenatého je ve fluidní vrstvě krátký, obvykle pod 1 s. Vzhledem k málo intenzivnímu styku úletových částic oxidu vápenatého s oxidem siřičitým v prostoru nad fluidní vrstvou, jeví se tento prostor z hlediska zachycováni oxidu siřičitého jako málo využitý a stupeň využití vápenatého aditiva je nízký.Another attempt to solve this problem is to use a circulating fluidized bed of ash and additive, with the coal and limestone being pre-crushed to an optimum size to burn and capture sulfur dioxide, i.e. coal typically for grain sizes up to 6 mm and limestone 0.2 to 0 , 3 mm. The spent coal in the fluidized bed is discharged from the reactor, the fluidized bed ash fractions are captured by a heat cyclone and returned to the combustion reactor. A major disadvantage of these prior art fluidized-bed circulation systems is the necessity to treat the coal and limestone to a size suitable for fluidization. Another disadvantage is that the intense contact of sulfur dioxide and calcium oxide in the fluidized bed is short, usually below 1 s. Due to the low intense contact of the calcium oxide particulate matter with the sulfur dioxide in the space above the fluidized bed, this space appears as little utilized and the degree of utilization of the calcium additive is low.

Výhodnějším se jeví způsob cirkulačního spalování a odsiřování nízkovýhřevného sirného uhlí v oxidační pískové fluidní vrstvě v přítomnosti vápenatého odsiřovacího aditiva podle předkládaného vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že uhlí a aditivum se dávkuji nad nebo do prostoru fluidní pískové spalovací vrstvy o zrnění písku 0,3 až 5 mm, reakční teplotě 780 až 950 ^UC a rychlosti fluidace 1 až 7 m.s ¹, pevná fáze odloučená ze vzniklých spalin se zavede na další fluidní pískovou vrstvu s reakční teplotou 500 až 750 °C, zrněním písku 0,1 až 0,6 mm a rychlosti fluidace 0,3 až 5 m.s”¹, načež se pevná fáze ze spalin vrací zpět na nebo do fluidní pískové spalovací vrstvy o zrnění pisku 0,3 až 5 mm. Rychlost spalin mezi fluidní pískovou spalovací vrstvou o zrnění 0,3 až 5 mm a fluidní pískovou vrstvou o zrnění 0,1 až 0,6 mm se po dobu 0,5 až 5 s s výhodou udržuje v rozmezí 6 až 15 m.s¹. Do fluidní pískové spalovací vrstvy o zrnění pisku 0,3 až 5 mm lze jako sekundární vzduch zavádět spaliny fluidní pískové spalovací vrstvy.A method for circulating and desulfurizing low calorific sulfur charcoal in an oxidizing sand fluidized bed in the presence of a calcium desulfurizing additive according to the present invention appears to be advantageous in that the coal and the additive are dosed above or into the fluidized bed sand bed. 3 to 5 mm, a reaction temperature of 780-950 C and ^U fluidization velocity of 1-7 m ^1, the solid separated from the resulting flue gas is fed to another fluidized sand layer with a reaction temperature from 500 to 750 ° C, sand, grain size 0 to 0.1 6 mm and a fluidization velocity of 0.3 to 5 ms ^-1 , after which the solid phase from the flue gas is returned to or into a fluidized sand combustion layer having a grain size of 0.3 to 5 mm. The flue gas velocity between the fluidized sand combustion layer having a grain size of 0.3 to 5 mm and the fluidized sand layer having a grain size of 0.1 to 0.6 mm is preferably maintained in the range of 6 to 15 ms ¹ for 0.5 to 5 s. Flue gases of the fluid sand combustion layer can be introduced as secondary air into the fluidized sand combustion layer having a grain size of 0.3 to 5 mm.

Řešeni podle vynálezu zajištuje intenzívní spalování uhlí o zrněni do 40 mm při použití vápenatého aditiva o zrnění do 4 mm s totálním oddrcováním popílku a aditiva na úletové frakce. Při aplikaci další fluidní pískové vrst.y, uspořádané obvykle pod odlučovačem a opatřené jemným pískem 0,1 až 0,6 mm, lze pevný podíl odloučený ze spalin, tj. popílek a vápenné aditivum dodrtit na velikost, kterou odlučovač propustí. Tyto podmínky zajištují potřebnou dobu zdržení úletových frakcí uhlí v reakčním prostoru s teplotou nad 600 °C a tedy i k vysokému stupni vyhoření tohoto uhlí. Potřebné doba ke shoření uhelné částice o velikosti 0,02 mm je cca 3 s, k vyhořeni uhelné částice o velikost 0,2 mm je zapotřebí cca 20 s.The solution according to the invention provides an intensive combustion of coal with grain size up to 40 mm using a calcium additive with grain size up to 4 mm with a total crushing of fly ash and additive to the fraction. When applying another fluid sand layer, usually located below the separator and provided with a fine sand of 0.1 to 0.6 mm, the solids separated from the flue gas, ie fly ash and lime additive, can be crushed to the size that the separator passes. These conditions ensure the necessary residence time of the coal fraction in the reaction space above 600 ° C and thus a high degree of combustion of the coal. The time required to burn a 0.02 mm size coal particle is about 3 s, and about 20 s to burn a 0.2 mm coal particle.

Protože veškerý popel a vápenné aditivum předávají své zjevní teplo se spalinami tepelnému spotřebiči, dochází k maximálnímu využití entalpie paliva.Since all the ash and lime additive transfer their apparent heat with the flue gas to the heat consumer, the fuel enthalpy is maximized.

Použití recyklu spalin jako zdroje sekundárního vzduchu do fluidní pískové spalovací vrstvy umožňuje bez energetických ztrát udržovat teplotu v této vrstvě v oblasti 850 °C při minimálním přebytku vzduchu a tedy i minimální komínové ztrátě. Tímto způsobem lze navíc dosáhnout vysoký rozsah regulace tepelného výkonu spalovací jednotky mezi 40 až 100 % jmenovitého výkonu.The use of flue gas recycle as a source of secondary air in the fluidized sand combustion bed allows the temperature in the bed to be maintained at 850 ° C without energy loss, with a minimum of excess air and hence a minimum stack loss. In this way, a high range of regulation of the thermal output of the combustion unit between 40 and 100% of the nominal output can be achieved.

Způsob podle vynálezu r.evyiš ‘íujc instalaci trasy popela o teplotě fluidní spalovací vrstvy, která je technicky velice náro&ii .i aí-atgaticky ztrátová.The method according to the invention involves the installation of an ashes stream having a temperature of a fluidized bed combustion which is technically very demanding and atatically loss-making.

Realizaci fluidní vrstvy s jemným pískem lze s výhodou provést jako fluidní uzávěr, fluidovaný studeným vzduchem, který tlakově odděluje prostor před a za žárovým cyklonem.The realization of the fine sand fluidized bed can advantageously be carried out as a cold-air fluidized bed which separates the space before and after the hot-gas cyclone by pressure separation.

Zvýšení doby intenzivního styku oxidu vápenatého a oxidu siřičitého lze realizovat zvýšením rychlosti spalin na 6 až 15 m.s prostým zúžením nadroštového prostoru do tvaru vertikální trubky potřebné délky a má za následek, že dojde k vysokému využití odsiřovacího aditiva, které je potom limitováno pouze jeho texturou, tj. zejména objemem a povrchem pórů při minimalizaci velikosti částic aditiva vzniklých oddrcením ve fluidní pískové vrstvě s jemnou pískovou frakcí. ZmenSení částic vápenného aditiva vlivem fluidní vrstvy s jemným pískem 0,1 až 0,6 mm a zvýšení doby intenzivního kontaktu oxidu vápenatého a oxidu siřičitého nad 1 s vede k 80 až 90 % zachycení oxidu siřičitého ze spalin při molárním poměru Ca:S = 2.Increasing the intensive contact time of calcium oxide and sulfur dioxide can be achieved by increasing the flue gas velocity to 6 to 15 m by simply narrowing the cross-sectional space into a vertical pipe of the required length and results in high utilization of the desulfurizing additive. i.e., in particular the volume and surface area of the pores while minimizing the particle size of the additive formed by crushing in the fluid sand layer with a fine sand fraction. The reduction of the lime additive particles due to the 0.1 to 0.6 mm fine sand fluidized bed and the increase in the intensive contact time of the calcium oxide and sulfur dioxide over 1 s leads to 80 to 90% capture of sulfur dioxide from the flue gas at a Ca: S = 2 .

Všechny údaje o rychlostech se pro*účely tohoto vynálezu rozumí při dané teplotě prostředí.For the purposes of the present invention, all speed data is understood at a given ambient temperature.

Na přiloženém obr. je schematicky znázorněno zařízení k provádění způsobu podle vynálezu, které je v dalším popsáno spolu s objasněním jeho funkce.FIG. 1 is a diagrammatic illustration of an apparatus for carrying out the method of the invention, which is described below together with an explanation of its operation.

Fluidní písková spalovací vrstva 2 je vymezena pláštěm 1 a propadovým trubkovým roštem 3. Recyklující spaliny se přivádí rozvodem £ jako sekundární vzduch. V celé fluidní pískové vrstvě 2. je oxidační atmosféra. Uhlí z trasy 12.« vápenec z trasy 13, a periodicky dávkovaný písek z trasy 11 a 16 jsou podavačem 2 podávány, resp. pohazovány na fluidní pískovou spalovací vrstvu 2. Spaliny procházejí vertikálně umístěným potrubím 2 éo žárového cyklonu 7_ s fluidním uzávěrem 2·The fluidized sand combustion layer 2 is delimited by a jacket 1 and an overflow grate 3. The recycle flue gas is fed via a distribution system 6 as secondary air. There is an oxidizing atmosphere throughout the fluidized sand layer. Coal from route 12, limestone from route 13, and periodically dosed sand from routes 11 and 16 are fed by the feeder 2, respectively. The flue gases pass through a vertically located pipe 2 o of the heat cyclone 7 with a fluid seal 2.

Spalovací vzduch dodává ventilátor 9, odtah spalin zajištuje kouřový ventilátor 10. Materiál fluidní pískové spalovací vrstvy 2 P^r° odloučení kamenů je periodicky odtahován přes třídič 14, kde nadsítný podíl se odvádí trasou JL5.. Ve výměníku 17 se ohřívá vzduch nebo voda spalinami z žárového cyklonu 7_. Ventilátor 18 zajištuje funkci fluidního uzávěru 2 ^a transport tuhé fáze spalin z žárového cyklonu 7. zpět do fluidní pískové spalovací vrstvy 2. Fluidní pískovou spalovací vrstvu 2 tvoří písek o zrnění 0,3 až 2 mm. Teplota v této fluidní pískové spalovací vrstvě 2, vertikálně umístěném potrubí 2 ^a žárovém cyklonu 7_ je 800 až 850 °C. Teplota ve fluidní pískové spalovací vrstvě 2 je 2 m.s \ ve vertikálně umístěném potrubí 2 3^e9 m.s^-l o ve fluidním uzávěru 2 je 1 ffl.sThe combustion air supplying fan 9 provides a smoke flue fan 10. The material of the combustion fluidized sand layer 2 DEG ^EXAMPLE separation of stones are periodically withdrawn through a sorter 14, wherein the proportion of the oversize is removed JL5 path .. In the heat exchanger 17 heats the air or water of flue gas of the heat cyclone 7. The fan 18 performs the function of the fluid shutter 2 ^and transports the solid phase of the flue gas from the heat cyclone 7 back to the fluid sand combustion layer 2. The fluid sand combustion layer 2 consists of sand having a grain size of 0.3 to 2 mm. The temperature in this fluidized sand combustor layer 2, the vertically located conduit 2 ^{and the} heat cyclone 7 is 800 to 850 ° C. The temperature in the fluidized sand combustion layer 2 is 2 ms -1 in the vertically positioned pipe 2 3 ^e 9 ms ^-1 in the fluid shutter 2 is 1 ff.s

Přiváděný vápenec má zrnění 0,1 až 3 mm, uhlí má zrnění do 40 mm, výhřevnost 6 MJ.kg ¹ při obsahu síry 4 % hmot., písek ve fluidním uzávěru 2 má zrnění 0,1 až 0,3 mm. Popílek a vápenec, resp. oxid vápenatý jsou ve fluidní pískové spalovací vrstvě 2 oddrcovány tak, že úletová frakce má zrnění zhruba 0,2 až 0,4 mm. Ve fluidním uzávěru 2 dodrtí přítomná písková vrstva tyto částice na velikost uvedenou v tabulce, což je velikost částic, které procházejí žárovým cyklonem 7_.The incoming limestone has a grain size of 0.1 to 3 mm, coal has a grain size of up to 40 mm, a calorific value of 6 MJ.kg ¹ at a sulfur content of 4% by weight, sand in the fluid seal 2 has a grain size of 0.1 to 0.3 mm. Fly ash and limestone, respectively. The calcium oxide is crushed in the fluidized bed 2 so that the particulate fraction has a grain size of about 0.2 to 0.4 mm. In the fluid shutter 2, the sand layer present grinds these particles to the size indicated in the table, which is the size of the particles that pass through the heat cyclone 7.

Spaliny odtahované ventilátorem 10 obsahují veškerý popel, oxid vápenatý a síran vápenatý o zrnění uvedeném v tabulce. Při molárním poměru Ca:S = 2 se zachytí 80 % SO₂ ze spalin při teplotě fluidní pískové spalovací vrstvy 2 820 °C. Celková doba styku oxidu vápenatého a oxidu siřičitého činí cca 2 s. Stupeň vyhoření uhlí je 96 %. Výška expandované fluidní pískové spalovací vrstvy 2 je 1 > ^a obsahuje po ustálení pracovního režimu cca 60 % popela. Spalovací proces ve fluidní pískové spalovací vrstvě 2 probíhá z 20% přebytkem vzduchu.The exhaust gas exhausted by the fan 10 contains all ash, calcium oxide and calcium sulfate of the grain size shown in the table. When the molar ratio of Ca: S = 2 captures 80% of SO ₂ from the flue gas at the combustion fluidised sand layer 2820 ° C. The total contact time of calcium oxide and sulfur dioxide is about 2 s. The degree of coal burn-out is 96%. The height of the expanded fluidized sand combustion layer 2 is 1 ^and contains approximately 60% ash after the operating mode has stabilized. The combustion process in the fluidized bed combustor 2 is 20% excess air.

TabulkaTable

Granulometrie úletové frakce ze spalovacího zařízeníGranulometry of the fraction from the combustion plant

Průměr částic Podíl (mm) (%) nad 0,315 3Particle diameter Share (mm) (%) over 0.315 3

0,200-0,315 30,200-0,315 3

0,125-0,200 40,125-0,200 4

0,071-0,125 270,071-0,125 27

0,050-0,071 31 pod 0,050 320.050-0.071 31 below 0.050 32

Claims

A method for circulating and desulfurizing low calorific sulfur coal in an oxidizing sand fluidized bed in the presence of a lime desulfurizing additive, characterized in that the coal and the additive are metered above or into the fluidized bed combustion sand bed having a grain size of 0.3 to 5 mm. 780-950 ° C at a speed fluldace 1-7 ms ^- ^, a separation of the solid phase from the resulting flue gases with Patent is introduced to the next fluidized sand layer with a reaction temperature from 500 to 750 ° C, sand grain size from 0.1 to 0.6 mm and the speed fluidization of 0.3 to 5 ms ^-1 , after which the solid phase from the flue gas is returned to or into a fluidized sand combustion layer having a grain size of 0.3 to 5 mm.

Method according to claim 1, characterized in that the velocity of the flue gas between the fluid sand combustion layer having a grain size of 0.3 to 5 mm and the fluid sawmill layer having a grain size of 0.1 to 0.6 mm is

0.5 to 5 sec.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that flue gases from the fluidized sand combustion layer are introduced as secondary air into the fluidized bed combustion sand having a grain size of 0.3 to 5 mm.