CZ285849B6 - Zařízení pro odsiřování kouřových plynů mokrou cestou - Google Patents

Abstract

Zařízení zahrnuje kombinovanou absorpční kolonu (12) s kapalinovým tankem (18) na absorpční kaši a zahušťovacím tankem (38) pro koncentraci reakčního produktu vytvořeného reakcí absorbentu a oxidu siřičitého v kouřovém plynu usazováním. Nad kapalinovým tankem (18) je uspořádána absorpční sekce (20) pro uvedení kouřového plynu a absorpční kaše v kontakt, nad absorpční sekcí (20) je instalován komín (22) pro vypouštění upraveného kouřového plynu do atmosféry. Absorpční sekce (20) je vybavena tryskami (26) pro vstřikování absorpční kaše vzhůru a přívodem (25) kouřového plynu do spodní části. ŕ

Description

Vynález se týká zařízení pro odsiřování kouřových plynů mokrou cestou. Blíže je možno charakterizovat vynález tak, že jde o odsiřovací zařízení, jehož konstrukce je jednoduchá a provozní náklady jsou nízké.

Dosavadní stav techniky

Jestliže má dosud vyráběné zařízení pro odsiřování kouřových plynů mokrou cestou dosáhnout vysokého odlučovacího účinku, pak bývá jeho konstrukce složitá a podobá se konstrukci, vyobrazené na obr. 4. Kouřové plyny, které vycházejí např. z parního generátoru, procházejí nejprve předehřívačem plynů a také elektrostatickým srážecím zařízením, poté se vedou do zařízení pro odsíření kouřových plynů pomocí ventilátoru s nuceným tahem (IDF). Předehřívač vzduchu ohřívá spalovací vzduch, zatímco elektrostatické srážecí zařízení odlučuje prachové části a pod. Z uhelného popelu, obsaženého v kouřových plynech.

Kouřový plyn, kteiý opouští elektrostatické srážecí zařízení, je stlačen pomocným ventilátorem (BUF), prochází přes ohřívač plyn-plyn (GGH), v němž se kouřový plyn zchladí, zatímco upravený odsířený kouřový plyn se ohřívá a zavádí do absorpční věže. Kouřový plyn se v absorpční věži upraví, ohřeje se v ohřívači plyn-plyn, stává se lehčím a vypouští se do atmosféry vysokým komínem.

Po úpravě v tanku s vápencovou kaší se vápenné mléko zavádí do absorpční kolony, kde reaguje s oxidy síry včetně SO₂, přítomného v kouřovém plynu, a vytváří na dně absorpční věže sádrovou kaší. Absorpční věž je opatřena mřížkovou nebo jinak strukturovanou náplní. Vápenné mléko absorpční věží protéká směrem dolů. Rovněž kouřový plyn protéká spolu s absorpční kaší náplní, kapalná a plynná fáze se spolu setkávají a vápenná složka z kaše reaguje s SO₂, obsaženým v kouřovém plynu.

V dalším kroku tohoto postupu se sádrová kaše odvodní v odstředivém separátoru a vyrobí se tak sádra. Zbylý roztok, odstředěný ze sádrové kaše v odstředivém separátoru, se po úpravě v čističce odpadních vod vypouští.

Jak je výše popsáno, obvyklé zařízení pro odsíření kouřových plynů mokrou cestou dosahuje odloučení síry mezi 90 až 95 %, přičemž je nutno vzít v úvahu ještě důsledky na životní prostředí a okolnost, že se upravený kouřový plyn vypouští do atmosféry.

Má-li se však dosáhnout s konvenční technikou vysokého stupně odloučení síry, pak je zapotřebí, aby jak celý postup, tak i konstrukce jednotlivých jednotek byly složité. Z tohoto důvodu jsou náklady na vybavení odsiřovacího zařízení i na provoz vysoké a provoz navíc vyžaduje vysoce kvalifikovanou obsluhu.

Jestliže však je přijatelné, aby odloučení síry bylo nižší, zejména tehdy, když není třeba vyrobit vysoce čistou sádru jako vedlejší produkt, pak by z ekonomického hlediska nebyl konvenční typ vysoce účinného odsiřovacího zařízení kouřových plynů žádoucí, zejména vzhledem k vysokým nákladům na konstrukci a provoz. Navíc není třeba, aby obsluhu takového zařízení včetně údržby prováděly odborné síly.

- 1 CZ 285849 B6

Konstrukčně složitá zařízení jsou také obtížně adaptovatelná na stávající tepelné elektrárny a další podobná zařízení, u nichž je zapotřebí zbavovat kouřové plyny simých sloučenin.

V rozvojových zemích dochází nyní k rychlé industrializaci a v souvislosti s tím je třeba řešit i příslušné otázky znečišťování životního prostředí. Jelikož je však v těchto zemích hustota obyvatelstva relativně malá, je možno dosáhnout rychlého zlepšení podmínek životního prostředí i tehdy, jestliže jsou odsiřovací zařízení relativně méně účinná. Navíc zde existuje velká poptávka po levném zařízení pro odsiřování kouřových plynů, protože tyto země nemají dost finančních zdrojů. Dále je výhodné, aby se v těchto zemích mohla instalovat odsiřovací zařízení na stávající systémy, znečišťující vzduch, jako jsou tepelné elektrárny.

Konvenční typ vysoce účinného odsiřovacího zařízení kouřových plynů mokrou cestou nemůže tedy představovat rychlé a současně jak technicky, tak i ekonomicky uspokojující řešení pro úpravu kouřových plynů v rozvojových zemích. Existuje velká poptávka po odsiřovacím zařízení kouřových plynů mokrou cestou s účinností odlučování na 70 až 90 %, které by však bylo konstrukčně jednoduché a jehož provoz by byl jednoduchý.

Podstata vynálezu

Vzhledem k výše uvedeným problémům si vynález klade za cíl nabídnout odsiřovací zařízení pro úpravu kouřových plynů mokrou cestou, jež je konstrukčně jednoduché a snadno se provozuje ve srovnání s konvenčními zařízeními pro odsíření kouřových plynů mokrou cestou.

V zařízení pro odsiřováni kouřových plynů mokrou cestou podle vynálezu se odsiřování provádí tak, že se kouřový plyn a absorpční kaše uvedou v kontakt. Zařízení je vybaveno kombinovanou absorpční věží s kapalinovým tankem, tankem na sádrovou kaši, se zahušťovacím tankem, kde dochází ke koncentraci produktu reakce mezi absorbentem a plynem SO₂, přítomným v kouřovém plynu, dále absorpční sekcí, uspořádanou nad zahušťovacím tankem, tryskovou hlavicí, umístěnou v blízkosti nižšího konce absorpční sekce pro rozprašování absorpční kaše směrem vzhůru, a z komínové sekce, situované nad absorpční sekcí, z níž se upravené kouřové plyny vypouštějí. Když se kouřový plyn zavede do nižšího konce absorpční sekce, absorpční kaše se rozprašuje tryskami směrem vzhůru a dochází ke kontaktu těchto dvou složek. Poté klesá nezreagovaná část absorpční kaše a reakčního produktu zpět a soustřeďuje se v kapalinovém tanku; reakční produkt v kašovitém stavu se z kapalinového tanku převádí do zahušťovacího tanku.

Podle vynálezu lze využít jako absorbentu vápence (CaCO₃), hydroxidu vápenatého (Ca(OH)₂) a oxidu vápenatého (CaO), jež se obvykle používají v odsiřovacím postupu, jehož vedlejším produktem je sádra.

Jelikož se retenční doba sádrové kaše v zahušťovacím tanku mění spolu s poměrem zahušťování kašovitého reakčního produktu, měla by se tato doba určit pomocí experimentů. Navíc by měla být experimentálně stanovena výška, do které se rozprašovacími tryskami může dostat absorpční kaše, povrchová rychlost kouřových plynů a další konstrukční faktory kombinované absorpční věže.

Podle výhodného provedení vynálezu se zahušťovací tank vytváří tak, že se kapalinový tank, uspořádaný na spodní části kombinované absorpční věže, částečně přehradí; otvorem v této přepážce pak protéká sádrová kaše z kapalinového tanku do tanku zahušťovacího.

Tak se vytvoří mnohem jednodušší konstrukce, jelikož kapalinový a zahušťovací tank jsou uspořádány v jednom tělese.

-2CZ 285849 B6

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu jsou silo pro absorbent a distributor pro zavádění a rozdělování práškového absorbentu umístěny na absorpční sekci. Práškový absorbent, dodávaný ze sila transportním zařízením, je rozstřikován do absorpční sekce; když absorbent klesá, dochází ke kontaktu s absorpční kaší uvnitř absorpční sekce a spolu s ní suspenduje.

Dále není zapotřebí využívat tanku pro úpravu kaše, jak je tomu v případě konvenčních odsiřovacích zařízení, čímž se konstrukce dále zjednoduší.

Další výhodné provedení vynálezu zahrnuje lapač páry v komíně. Komín je umístěn nad kapalinovým tankem a absorpční sekcí. Pára z lapače padá přímo dolů a zachycuje se v absorpční kaši. Množství páry, vypouštěné do ovzduší komínem, se tak může redukovat. Lapač páry může být jakéhokoliv typu, musí však mít jednoduchou konstrukci a vykazovat nízký pokles tlaku kouřových plynů, takže vířivý typ lapače páry by byl v tomto případě výhodný.

Podle vynálezu je kombinovaná absorpční věž svislá a vytvořena jako jedno těleso. Spodní část absorpční věže tvoří kapalinový tank s absorpční kaší a zahušťovací tank, ve kterém se soustřeďuje kašovitý reakční produkt, vzniklý reakcí mezi absorbentem a SO₂ z kouřového plynu. Střední sekci nad kapalinovým tankem (nebo kapalinovým a zahušťovacím tankem) tvoří absorpční sekce, kde přichází do kontaktu kouřový plyn a absorpční kaše. Dále je nad absorpční sekcí instalován komín pro vypouštění upravovaného kouřového plynu do atmosféry.

Oproti konvenčním zařízením, ve kterých jsou absorpční věž a komín spojeny kouřovodem, vedou se upravené kouřové plyny, které opouštějí absorpční věž, přímo do komína.

Absorpční kaše, rozprašovaná tiyskami, se pohybuje nejprve směrem vzhůru a pak klesá absorpční sekcí. Kouřový plyn, zavedený do absorpční sekce, přichází do kontaktu se stoupající absorpční kaší v protiproudu, zatímco SO_2> přítomný v kouřovém plynu, reaguje s absorbentem a vytváří reakční produkt.

Detailně je možno popsat tento postup tak, že absorpční kaše, rozprašovaná tryskami směrem vzhůru, se v nejvyšším dosaženém bodě rozptýlí a poté sestupuje (viz obr. 3).

Klesající absorpční kaše a vzhůru rozprašovaná absorpční kaše se spolu setkávají a rozptylují se dojemných kapiček. Proto je kontakt fáze plyn/kapalina na jednotku objemu větší, než je tomu u konvenčních absorpčních věží. Jelikož se rozprašovaná absorpční kaše vyskytuje v kapičkách a kouřový plyn v blízkosti trysek je unášen směrem vzhůru spolu s kapičkami absorpční kaše, dochází k promísení kouřového plynu a absorpční kaše tak účinnému, že kontakt těchto dvou fází je daleko intenzivnější.

Oproti obvyklým absorpčním zařízením s náplní nevyžaduje absorpční sekce podle vynálezu promývání nebo výměnu materiálu náplně. Dále není třeba provádět údržbu, jelikož zařízení nemá žádné pohyblivé části a provoz zařízení tedy nevyžaduje obsluhu školeného personálu. Rovněž dochází k malému poklesu tlaku kouřového plynu v absorpční sekci ve srovnání s obvyklými věžemi s náplní. Zařazení pomocného ventilátoru, který se obvykle používá v odsiřovacích zařízeních pro úpravu kouřového plynu mokrou cestou, je zde zbytečné.

Reakční produkt se usazuje přirozeným způsobem, takže není vůbec nutné využívat odvodňovací zařízení, jež je v konvenčních odsiřovacích zařízeních nezbytné. Když se např. výsledná kaše zahustí tak, že se může prohníst s uhelným popelem z tepelných elektráren, dosáhne se hmoty pastovitého charakteru, kterou lze poté transportovat obvyklými prostředky jako téměř tuhou látku.

-3CZ 285849 B6

Vzhledem k výše popsané konstrukci vykazuje zařízení pro odsiřování kouřových plynů mokrou cestou podle vynálezu značné výhody, spočívající v jednoduchém provedení a snadné obsluze, ve srovnání s konvenčními zařízeními pro odsiřování kouřových plynů mokrou cestou.

1. Jelikož se upravený kouřový plyn vede přímo do komína, není zapotřebí, aby zařízení zahrnovalo nákladný ohřívač plyn-plyn a délka kouřovodu, která také zvyšuje konstrukční náklady, může být radikálně snížena.

2. Místo absorbéru s náplní, u kterého dochází k velkému poklesu tlaku, je možno využít absorpční sekce s rozprašováním absorpční kaše s malým poklesem tlaku. Výstupní tlak zajišťuje jediný sací ventilátor a není zapotřebí zařadit další pomocný ventilátor. Jak vybavení zařízení, tak i provozní náklady mohou být v důsledku toho velmi sníženy.

3. Není zapotřebí instalovat odvodňovací zařízení, jelikož se sádrová kaše zahustí asi na 60 % své hmotnosti v zahušťovacím tanku a následné prohnětení s uhelným popelem pak dává materiál téměř tuhý. Náklady na ukládání odpadu se zvýší jen nepatrně.

4. V protikladu k obvyklému vybavení, kdy je zapotřebí počítat s úpravou odpadních vod z odvodňovacího zařízení, je tato úprava u odsiřovacího zařízení podle vynálezu zbytečná. Navíc není třeba zaměstnávat školené pracovníky obsluhy, protože provoz je velmi jednoduchý.

Vzhledem k výše uvedenému je nutno uznat, že odsiřovací zařízení pro úpravu kouřového plynu mokrou cestou podle vynálezu vyžaduje nízké náklady na konstrukci zařízení i jeho provoz a tím splňuje zejména požadavky odsiřování kouřových plynů mokrou cestou v rozvojových zemích.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 představuje schematický postupový diagram zařízení pro odsiřování kouřových plynů mokrou cestou podle vynálezu.

Obr. 2 je typický schematický řez kombinovanou absorpční věží zařízení pro odsiřování kouřových plynů mokrou cestou podle obr. 1.

Obr. 3 je typický schematický nákres stavu absorpční kaše, rozprašované tryskovou hlavicí.

Obr. 4 je schematický postupový diagram konvenčního zařízení pro odsiřování kouřových plynů mokrou cestou.

Příklady provedení vynálezu

S odvoláním na výše uvedené výkresy bude vynález podrobně popsán na jednom příkladu jeho provedení.

Obr. 1 je schematický diagram zařízení pro odsiřování kouřových plynů mokrou cestou podle vynálezu a obr. 2 je typický řez konstrukcí kombinované absorpční věže pro odsiřování kouřových plynů podle obr. 1.

Odsiřovací zařízení 10 pro úpravu kouřového plynu mokrou cestou podle obr. 1 využívá vápence jako absorbentu a metody vápno - sádra pro odstranění plynného SO₂ z kouřového plynu. Namísto skupiny zařízení, která se obvykle skládá z pomocného ventilátoru (BUF), ohřívače plyn-plyn (GGH), z absorpční věže, tanku pro úpravu vápencové kaše, zařízení pro dehydrataci sádry, které

-4CZ 285849 B6 představuje konvenční zařízení pro odsiřování kouřových plynů mokrou cestou podle obr. 4, zahrnuje odsiřovací zařízení podle vynálezu absorpční věž 12 kombinovanou s komínem 22 a hnětači zařízení 14 pro prohnětení koncentrované sádrové kaše s uhelným popelem a tank 16 na vápenec.

Kouřový plyn, opouštějící parní generátor A tepelné elektrárny, vytápěné uhlím, je nasáván ventilátorem (IDF) E, prochází přes přehřívač B vzduchu a elektrostatické srážecí zařízení C, poté vstupuje do absorpční sekce 20 a vychází komínem 22.

Kouřový plyn z parního generátoru A ohřívá spalovací vzduch v předehřívači B, ochladí se a vstupuje do elektrostatického srážecího zařízení C. Uhelný prach a další částice se separují, odstraní z kouřového plynu v elektrostatickém srážecím zařízení C a pak se shromáždí v tanku D na uhelný popel.

Kouřový plyn je nasáván sacím ventilátorem E a vstupuje do absorpční sekce 20 celku komín 22 - absorpční věž 12.

Jak je znázorněno na obr. 2, celek komín 22 - absorpční věž 12 zahrnuje kapalinový tank 18 ve spodní části, absorpční sekci 20 nad tankem 18 a komínem 22 nad absorpční sekcí 20. Mimo tuto konstrukci je na vhodném místě mezi absorpční sekcí 20 a komínem 22 uspořádáno prstencovité silo 24 na absorbent.

Kapalinový tank 18 je rozdělen přepážkou 34 na tank 36 na sádrovou kaši a na tank 38 na zahušťování sádrové kaše. V tanku 36 na sádrovou kaši jsou uspořádány vzduchové trysky 40 a vzduch se vstřikuje za tím účelem, aby se dosáhlo účinného promíchání směsi a zamezilo se usazování částic sádiy; rovněž se tak děje za účelem oxidace absorbovaného siřičitanu na síran.

Čerpadlo 41 je instalováno v potrubí, spojujícím tank 36 na sádrovou kaši s hlavicí 28 trysek, což umožňuje dodávat sádrovou kaši z tanku 36 do hlavice 28 trysek.

Na vhodném místě přepážky 34 je uspořádán otvor 42, umožňující průtok sádrové kaše z tanku 36 do zahušťovacího tanku 38. Zahušťovací tank má dostatečný objem a může tak zaručit požadovanou retenční dobu sádrové kaše, jakož i přirozené zahuštění kaše.

Zahušťovací tank 38 ie opatřen výstupem 46 ve dně, kterým se vypouští zahuštěná sádrová kaše na transportní zařízení 48, např. na pásový dopravník (viz obr. 1). V zájmu dosažení určitého stupně zahuštění ústí do tanku 36 na sádrovou kaši vzduchové potrubí 44.

Jak znázorňuje obr. 1, hnětači zařízení 14 je umístěno na konci transportního zařízení 48; v tomto zařízení se koncentrovaná sádrová kaše hněte s uhelným prachem, padajícím z nádrže D na uhelný prach. Tento výsledný materiál již není tekutý a lze jej pak přepravit obvyklým transportním zařízením.

Za účelem zachycení par, obsažených v upraveném kouřovém plynu, je v homí části komína 22 umístěn lapač 50 par, což je známý lapač vířivého typu. Zadržená pára pak klesá z lapače 50 par v důsledku gravitace a jednotlivé kapky páry zachycuje sádrová kaše, rozprašovaná do absorpční sekce 20.

Toto provedení odsiřovacího zařízení 10 kouřových plynů mokrou cestou může odstranit 70 až 90 % SO₂, obsaženého v kouřových plynech.

Sádrová kaše, rozprašovaná směrem vzhůru tryskovou hlavicí 28, se nejprve dostane do určité výše a pak klesá opačným směrem. Sádrová kaše pak klesá do tanku 36, umístěného ve spodní

-5CZ 285849 B6 části absorpční sekce 20. Plynný SO₂ v kouřovém plynu reaguje s vápennou složkou v sádrové kaši na siřičitan vápenatý. V další reakci se vstupujícím vzduchem přechází tato sloučenina na síran vápenatý, tj. na sádru, a vytváří sádrovou kaši.

Kaše, obsahující nezreagované vápno a sádru, klesá do tanku 36 na sádrovou kaši a protéká do zahušťovacího tanku 38 otvorem 42.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro odsiřování kouřových plynů mokrou cestou, ve kterém se odsiřování provádí uvedením plynu a kapaliny, obsažených v kouřovém plynu, s absorpční kaší v kontakt, vytvořené jako jediné těleso, vyznačené tím, že sestává zkombinované absorpční věže (12) s kapalinovým tankem (18) na absorpční kaši včetně nezreagované části absorpční kaše a reakčního produktu, propojeným otvorem (42) se zahušťovacím tankem (38) pro koncentraci produktu reakce mezi absorbentem a SO₂, umístěnými ve spodní části absorpční věže (12), z absorpční sekce (20) pro uvedení plynné a kapalné fáze z kouřového plynu s absorpční kaší v kontakt, opatřené vstupním otvorem (25) kouřového plynu a uspořádané nad kapalinovým tankem (18), v jejíž spodní části je upravena trysková hlavice (28) pro rozprašování absorpční kaše směrem vzhůru, propojená s kapalinovým tankem (18), a z komínu (22) nad absorpční sekcí (20) pro vypouštění upraveného kouřového plynu do atmosféry.
2. 2. Zařízení pro odsiřování kouřových plynů mokrou cestou podle nároku 1, vyznačené tím, že zahušťovací tank (38) je vytvořen oddělením části kapalinového tanku (18) přepážkou (34) s otvorem pro průtok kašovitého produktu reakce z kapalinového tanku (18) do zahušťovacího tanku (38).
3. 3. Zařízení pro odsiřování kouřových plynů mokrou cestou podle nároku 1, vyznačené tím, že silo (24) na absorbent je umístěno mezi absorpční sekcí (20) a komínem (22) a distributor (32) pro dodávku práškovitého absorbentu do absorpční sekce (20) je uspořádán v její homí části.
4. 4. Zařízení pro odsiřování kouřových plynů mokrou cestou podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačené tím, že komín (22) je opatřen lapačem (50) par.