CZ13484U1 - Desulfatační jednotka uhelného kotle - Google Patents

Description

Desulfatační jednotka uhelného kotle

Oblast techniky

Technické řešení se týká desulfatace spalin uhelných kotlů v oblasti tepelných výkonů v rozmezí 10 až 50 MW. Řešení předpokládá zachování stávajícího roštového kotle nebo granulačního kotle s provedenými úpravami garantujícími splnění emisních limitů čistoty spalin v koncentracích oxidu uhelnatého CO a oxidů dusíku NO_X a jeho vybavení desulfatační jednotkou, která zajistí splnění emisního limitu čistoty spalin dle Směrnice rady evropských společenství z 24.ll.1988/88/609/EHS/. Pro tepelné výkony uhelných kotlů do 50 MW je tato hodnota 2000 mg/m³ oxidu siřičitého SO₂ /referenční podmínky, 6 % O₂, NTP, suché spaliny/.

Dosavadní stav techniky

Vývoj desulfatační ch jednotek spalin uhelných kotlů probíhal od r. 1960 až do 1990 a je v současné době úspěšně zvládnut pro velké energetické jednotky v řádu 200 až 1500 MW tepelného výkonu, na jejichž řešení byl původně zaměřen. Podařilo se zvládnout vyčištění spalin od oxidu siřičitého SO₂ na úroveň referenční koncentrace 500 mg/m³. Jedná se prakticky výlučně o použití vápenného odsiřovacího aditiva. Technicky byly úspěšně zvládnuty tři základní odsiřovací metody:

a/ Mokrá vápenná metoda s využitím uhličitanu vápenatého CaCO₃, kdy hodnoty čistoty spalin 500 mg/m³ SO₂ je dosaženo při dávkování vápence s molámím poměrem vápna a síry Ca/S pod 1,2.

b/ Semisuchá vápenná metoda s využitím odpaření suspenze hydroxidu vápenatého Ca/OH/₂ v rozprašovací sušárně, hodnoty čistoty spalin 500 mg/m³ SO₂ je dosaženo při dávkování hydrátu vápenatého s molámím poměrem Ca/S pod 1,8.

c/ Cirkulační fluidní vápenná metoda s využitím prachového hydroxidu vápenatého Ca/OH/₂ ve fluidním cirkulačním reaktoru, hodnoty čistoty spalin 500 mg/m³ je dosaženo při dávkování hydrátu vápenatého s molámím poměrem Ca/S pod 1,3.

Tyto hodnoty dávkování Ca aditiva se vztahují k čištění spalin z uhlí s referenční koncentrací SO₂ ve spalinách v rozmezí 3800 mg/m³ až 4000 mg/m³.

Zásadní nevýhody těchto systémů jsou následující:

a/ Spaliny do těchto jednotek vstupují dokonale zbavené prachových podílů na elektrofiltrech nebo tkaninových filtrech, což jsou velice nákladná zařízení.

b/ Spaliny opouštějí desulfatační jednotku o teplotě blízké teplotě rosného bodu spalin.

Z výše uvedeného vyplývá, že investiční i provozní náklady na předčištění spalin před desulfatací a následnou úpravou spalin za desulfatační jednotkou jsou vysoké. Navíc se jedná o opatření, které si vynucuje snížení obsahu SO₂ ve spalinách na úroveň v rozmezí 450 až 500 mg/m³, tj. na úroveň nevyžadovanou legislativně pro malé teplárny pod 50 MW tepelného výkonu.

Je-li cílem dosažení obsahu SO₂ ve spalinách 2000 mg/m³, je použití mokré vápencové metody a semisuché vápenné metody ekonomicky nereálné. Doplňkové ekonomické náklady na provoz uhelných kotlů ve výše uvedených malých teplárnách do 50 MW jsou pro provozovatele neúnosné i u cirkulační fluidní desulfatační metody s Ca/OH/₂. Bylo tedy nutno vyvinout investičně zásadně levnější, tj. technicky méně náročné řešení s tím, že očekávaný nárůst poměru dávkování Ca aditiva Ca/S musí být ekonomicky únosný.

Podstata technického řešení

Prezentované řešení vychází z rozboru chemicko - inženýrských význaků desulfatačního procesu.

-1 CZ 13484 Ul a/ Teplota rosného bodu spalin je v závislosti na obsahu SO₂ ve spalinách pro koncentraci H₂O ve spalinách v rozmezí 8 až 12 %

- při 3800 mg/m³ SO₂ /ref. podmínky, 6 % O₂, NTP, suché spaliny v rozmezí 100 až 105 °C

- při 2000 mg/m³ SO₂ v rozmezí 90 až 95 °C

- při 1300 mg/m³ SO₂ 78 °C.

Teplota spalin na výstupu z kotle je obvykle v rozmezí 180 až 220 °C. b/ Sycení Ca/OH/₂ částice SO₂ ze spalin, které probíhá dle stechiometrického vztahu

Ca/OH/₂ + SO₂ CaSO₄ / CaSO₃ má mírně exponenciální růst až do 10 minut sulfatace.

c/ Rovnovážná hodnota sycení Ca/OH/₂ Částice je funkcí měrného povrchu, relativní vlhkosti sytícího prostředí, resp. spalin, a teploty spalin. Její hodnota je ve standardních podmínkách vlhkostí spalin 10 % pro Ca/OH/₂ s měrným povrchem 18 m²/g a v čase 10 minut

-při70°C 10,7%

-při 100 °C 10%

-při 150 °C 7,3%

- při 200 °C 6,3 %.

d/ U Ca/OH/₂ s měrným povrchem 35 m²/g při 80 °C se dosahuje hodnoty sycení 16,5 % v čase 10 minut, 10 % H₂O.

e/ U granulovaného Ca/OH/₂ s měrným povrchem 35 m²/g dosahuje tato hodnota sycení za výše uvedených podmínek při 105 °C 12,2 %.

f/ Nástřik vody do proudu spalin s CaSO₃ / CaSO₄ / Ca/OH/₂ vede k regeneraci aktivity Ca/OH/₂ v recyklované částici odpadu desulfatace, což vytvoří základní podmínky pro efektivní recykl těchto částic k zachycování SO₂.

Výše uvedené skutečnosti se staly základem prezentovaného řešení desulfatačních jednotek malých teplárenských kotlů.

Nedostatky uvedené v rozboru současného stavu řešení této problematiky do značné míry odstraňuje řešení desulfatační jednotky spočívající v realizaci zařízení, které tvoří cyklonový odlučovač popelovin, dvojchodý absorbér SO₂ s dvoj látkovými vodními tryskami a pneumatickým přívodem hydrátu vápenatého a recyklu pevných úletů zachycených v tkaninovém filtru a tkaninový filtr spalin. Za tkaninový filtr spalin je instalován trubkový výměník s přívodem spalin z tkaninového filtru a spalin vystupujících z kotle. Alternativně před kouřový ventilátor nebo před tkaninový filtr spalin je instalován přívod spalin ze spalovacího prostoru kotle.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení desulfatační jednotky je znázorněno na obr. 1, který je strojně technologickým schématem této jednotky.

Příklady provedení technického řešení

Příklad 1

Ve strojně - technologickém schématu desulfatační jednotky uhelného kotle je zdrojem spalin roštový kotel £ s trasou 1.1 přívodu uhlí, bubnem 1.2, trasou 1.3 spalovacího vzduchu, trasou 1,4 zchlazení škváry, trasou 1.5 odloučeného popílku z vratné části kotle £ před ekonomizérem a výstupem 1.6 spalin.

-2CZ 13484 Ul

Spaliny z kotle I vstupují do trubkového výměníku 2 a dále procházejí cyklonovým odlučovačem 3.1, dvojitým absorbérem SO₂ 4.1, tkaninovým filtrem 54 a kouřovým ventilátorem 6 jsou zpětně přes trubkový výměník 2 zavedeny do komína 11.

V trase popelovin na cyklonový odlučovač 34 navazuje zásobník 3.2, turniket 3.3 a šikmý šnekový dopravník 9 dopravující popeloviny do provozního zásobníku 10.1 s tkaninovým filtrem 10.2 a výpustní trubicí 10.3, přes kterou jsou vypouštěny popeloviny do cisterny, která je odváží buď ke stavebnímu využití, nebo na skládku jako stabilizát.

Trasu odpadu spalovacího procesu na tkaninovém filtru 5.1 tvoří vnitřní, zde neznázoměný dopravní šnek ve skříni filtru 5.1, který dopravuje do výsypu tyto pevné prachové podíly po jejich uvolnění z plachetky filtru po profuku vzduchovým kompresorem 5.2, přes turniket do zásobníku 5.3. Část odpadů spalovacího procesu je ze zásobníku 5.3 odvedena přes turniket 5.5 šnekovým dopravníkem 9 do provozního zásobníku 10.1. Druhá část odpadů je přes turniket 5.4 jako recykl zavedena pneutrasou do dna dvojitého absorbéru SO₂ 4.1. Druhou trasu vápenného aditiva tvoří trasa granulovaného Ca/OH/₂ ze zásobníku 74 s tkaninovým filtrem 7.2, turniketem 7.3, dávkovačem 7.4 s míchacím šnekem a dávkovacím turniketem 7.5. Dávkovač 7.4 je plněn jednorázově po poklesu hladiny Ca/OH/₂ pod spodní mez Ca/OH/₂ v zásobníku 7.1, odvod hydrátu vápenatého z dávkovače 7.4 je kontinuální a regulovaný dle obsahu SO₂ ve spalinách za kotlem 1. Dopravu odpadů spalovacího procesu do dvojitého absorbéru 4.1 zajišťuje dmychadlo 8.

Vlastní dvojchodý absorbér SO₂ 4.1 tvoří dvě vertikální trasy spalin, do vstupní trasy je dvoj látkovými tryskami nastřikována voda. Přívod vody zajišťuje čerpadlo 43, přívod rozprašovacího tlakového vzduchu kompresor 4.2.

Byla realizována desulfatační jednotka za roštovým uhelným kotlem I s následujícími parametry:

Výkon kotlové jednotky: 25 t/h páry pára: 1,3 MPa 230 °C

Palivo: uhlí hpl MUS a.s. Most výhřevnost: 16,9 MJ/kg síra celková : 1,2 % použitý hydrát vápenatý: granulovaný Ca/OH/₂ vápenka Mokrá u Brna.

Základní strojní zařízení desulfatační jednotky:

Cyklónová baterie počet: 2 cyklónové články T3 0 1000 mm počet článků v 1 baterii: 2

Tkaninový filtr plocha plachetky: 1200 m²

Dvojitý absorbér SO₂ počet: 2 průřez dvojitého absorbéru SO₂ 44 vzestupná část průřez dvojitého absorbéru SO₂ 44 sestupná část výška absorbéru SO₂ 44 počet trysek v jednom absorbéru:

Trubkový výměník plocha trubek: 200 m²

2200 x 600 mm 2200 x 400 mm 15 m 4

-3 CZ 13484 Ul

Základní materiálová bilance:

průtok spalin: 9,7 Nm³/s spotřeba uhlí v kotli: 4712 kg/h

Přívod Ca/OH/₂:

198 kg/h

Recykl odpadů spalovacího procesu: 1040 kg/h

Nástřik vody:

Teplota spalin za kotlem:

Teplota spalin na komín:

Základní výsledky:

Obsah SO₂ ve spalinách na výstupu

1/m 220 °C 120 °C z desulfatační jednotky:

Molámí poměr Ca/S = 2 Vstupní referenční koncentrace SO₂

1900 kg/m₃ /6 % O₂, NTP, suché spaliny/ ve spalinách za kotlem:

3838 mg/m

Příklad 2

V zařízení podle obrázku 1 byl vyřazen z provozu trubkový výměník 2. Do spalin před kouřovým ventilátorem 6 byly zavedeny ze spalovacího prostoru roštového kotle 1 spaliny o teplotě 600 °C. Jejich hmota byla 10 % celkové hmoty spalin.

Při zachování provozních parametrů provozu kotle dle příkladu 1 bylo zjištěno:

- teplota spalin za kouřovým ventilátorem byla 120 °C,

- referenční koncentrace SO₂ byla za kouřovým ventilátorem 2094 mg/m³,

- referenční koncentrace SO₂ 1912 mg/m³ bylo dosaženo při zvýšeném dávkování Ca/OH/₂ na hodnotu Ca/S = 1,81.

Zásadními výhodami výše uvedeného uspořádání desulfatační jednotky jsou následující skutečnosti:

a/ Základní ekologizace jak roštového, tak granulačního kotle si vynucuje instalaci II. stupně odlučování popelovin za cyklonovými odlučovači 3.1, instalace tkaninového filtru 5.1 je v r. 2003 samozřejmostí. Instalace dvojitého absorbéru SO₂ 4,1 není technicky náročná, proto i investiční náklady desulfatační jednotky jsou nízké.

b/ Zachycení v rozmezí 50 až 60 % SO₂ při dávkování Ca/OH/₂ s Ca/S = 1,5 až 2 je únosným zvýšením provozních nákladů kotlové jednotky.

c/ Teplota spalin 120 °C nevyžaduje žádné stavební úpravy v komínové části kotelny a podstatně snižuje náklady na ekologizaci kotelny.

d/ Odpady spalovacího a desulfataěního procesu, oddělené od vlhké škváry z kotle I, jsou velice kvalitním stavebním materiálem. Samotná škvára je dle zákona o odpadech neškodným odpadem s výhodou využitelným ve stavebnictví a k posypu vozovek.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení lze využít při ekologizaci stávajících teplárenských uhelných jednotek a jako desulfatační zařízení nových uhelných granulačních kotlů o výkonech do 100 t/h páry.

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Desulfatační jednotka uhelného kotle pro desulfataci spalin hydrátem vápenatým, vyznačující se tím, že jí tvoří cyklonový odlučovač (3.1) popelovin, dvojchodý absorbér SO₂ (4.1) s dvoj látkovými vodními tryskami a pneumatickým přívodem hydrátu vápenatého a

   5 recyklu pevných úletů zachycených v tkaninovém filtru (5.1) a tkaninový filtr spalin (5.1).
2. 2. Desulfatační jednotka podle nároku 1, vyznačující se tím, že za tkaninovým filtrem spalin (5.1) je instalován trubkový výměník (2) s přívodem spalin z tkaninového filtru (5.1) a spalin vystupujících z kotle (1).
3. 3. Desulfatační jednotka podle nároku 1, vyznačující se tím, že před kouřový ío ventilátor (6) nebo před tkaninový filtr spalin (5.1) je instalován přívod spalin ze spalovacího prostoru kotle (1).