CZ291726B6

CZ291726B6 - Způsob zpracovávání spalin

Info

Publication number: CZ291726B6
Application number: CZ19981178A
Authority: CZ
Inventors: Shinichiro Kotake; Kazuaki Kimura; Kazumitsu Suzuki; Naohiko Ukawa; Toru Takashina
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
Priority date: 1997-04-21
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 2003-05-14
Also published as: PL190656B1; TW410169B; CN1205913A; TR199800736A2; DE69816509D1; EP0873777B1; KR100287634B1; DE69816509T2; KR19980081553A; ID20175A; PL325896A1; EP0873777A2; ES2200233T3; CN1192816C; DK0873777T3; JP3676032B2; EP1182400A1; CN1101721C; TR199800736A3; JPH10290919A

Abstract

Zp sob zpracov v n spalin zahrnuje vst°ikov n amoniaku (B) do spalin (A), obsahuj c ch alespo oxidy dus ku a oxidy s ry, pro rozklad oxid dus ku, p° tomn²ch ve spalin ch (A), v denitra n m stupni, a zav d n spalin (A), opouÜt j c ch denitra n stupe , do odsi°ovac ho stupn neboli do absorp n v e (21), kde se p°iv d j do styku plyn-kapalina s absorp n kapalinovou suspenz (E) pro odstran n alespo oxid s ry ze spalin (A) absorpc do absorp n kapalinov suspenze (E) a/nebo se amoniak (B) vst°ikuje do spalin (A) v m st po proudu za denitra n m stupn m, p°i em mno stv amoniaku (B), vst°ikovan ho v denitra n m stupni, a/nebo mno stv amoniaku (B), vst°ikovan ho v m st po proudu za denitra n m stupn m, se stanovuje pro dosa en takov ho p°ebytku, aby amoniak (B) nebo amonn s l z staly ve spalin ch (A), zav d n²ch do odsi°ovac ho stupn . Mno stv amoniaku (B), vst°ikovan ho v denitra n m stupni, se stanovuje pro dosa en koncentrace amoniaku (B), zb²vaj c ho ve spalin ch (A), opouÜt j c ch denitra n stupe , kter nebude menÜ , ne 30 ppm.\

Description

Způsob zpracovávání spalin

Oblast techniky

Vynález se týká technologie zpracovávání spalin k provádění alespoň denitrace a desulfurace, neboli odsiřování spalin. Zejména se týká technologie zpracovávání spalin, která umožňuje snížit rozměry příslušného zařízení a zvýšit výkon tohoto zařízení.

Dosavadní stav techniky

Pro odstraňování oxidů dusíku, oxidů síry (obvykle oxidu siřičitého) a prachu K, (například létavého popílku), které jsou přítomny ve spalinách a vypouštěny z kotle tepelné elektrárny nebo podobně, je všeobecně známo využívat způsobu zpracovávání spalin, který je znázorněn na obr. 9 a na obr. 10. Tato technologie zpracovávání spalin bude podrobněji popsána v dalším popisu.

Jak je znázorněno na obr. 9, nezpracované spaliny A, vypouštěné z kotle la (neznázoměného na obr. 9), se nejdříve zavádějí do denitrátoru 2, instalovaného v kotelně ]_ tak, že oxidy dusíku, přítomné ve spalinách A, se rozkládají. Denitrátor 2 způsobuje rozklad oxidů dusíku podle katalytické amoniakální redukční metody, využívající katalyzátor. V tomto stupni je běžnou praxí injektovat amoniak B do spalin A v množství téměř odpovídajícím ekvivalentnímu množství, požadovanému pro denitraci. Množství amoniaku B, plynoucího do poproudé strany denitrátoru 2, je malé a odpovídá asi 5 ppm.

Poté se spaliny A zavedou do ohřívače 3 vzduchu (nebo tepelného výměníku), rovněž instalovaného v kotelně L Tak se ze spalin A získává teplo, které se použije k zahřívání vzduchu C, přiváděného do kotle la. Běžně se jako ohřívače 3 vzduchu používá tepelného výměníku tzv. Ljungstromova typu.

Spaliny opouštějící tento ohřívač 3 vzduchu, se pak vedou ven z kotelny 1 kouřovodem 9 a zavádějí se do suchého elektrostatického srážeče 5, instalovaného vně kotelny L V tomto elektrostatickém srážeči 5 se prach K přítomný ve spalinách A zachycuje a odstraňuje.

V případě kotle la, vytápěného olejem, může být amoniak B také injektován do spalin v kouřovodu 4 tak, že oxid sírový SO₃, přítomný ve spalinách, může být zachycován jako síran amonný (NH4)₂SO₄ v elektrostatickém srážeči 5. Na druhé straně v případě kotle la vytápěného uhlím je velké množství prach K, jako je létavý popílek, přítomno ve spalinách A, takže oxid sírový SO3, přítomný ve spalinách A, netvoří škodlivou mlhu (submikronové částice), ale zůstává ve stavu kondenzovaném na prachových částicích a zachycuje se v elektrostatickém srážeči 5 a v absorpční věži 8, která bude popsána dále. V souladu s tím v případě kotle la vytápěného uhlím, se vstřikování amoniaku B do spalin v kouřovodu 4 obvykle vynechává.

Pak se spaliny opouštějící elektrostatický srážeč 5, vedou kouřovodem 6 a zavádějí se do sekce 7 pro získávání tepla neboli do tepelného výměníku ohřívače plyn-plyn, kde se z nich získává teplo. Pak se spaliny A zavádějí do absorpční věže 8, sloužící jako odsiřovací zařízení. V této absorpční věži 8 se spaliny A vedou do styku plyn-kapalina s absorbující kapalinou, ve které je rozptýlen absorbent (například vápenec), což je zde označováno jako absorpční kapalinová suspenze E, takže se hlavně oxid siřičitý SO₂, přítomný ve spalinách A, absorbuje do absorpční kapalinové suspenze E a navíc zbývající prach K se také zachycuje absorpční kapalinovou suspenzí E. V nádrži, vytvořené na spodku absorpční věže 8, se absorpční kapalinová suspenze E obsahující absorbovaný oxid siřičitý SO₂, oxiduje, čímž se vytvoří sádrovec G jako vedlejší produkt podle následujících reakcí včetně neutralizační reakce.

-1 CZ 291726 B6

Absorpční nádrž

SO₂+ Η₂O H* + HS0₃

Nádrž

H⁺ + HSO; +1 / 20₂ -> 2H⁺ + SO?

(2)

2H* + SO₄ + CaCO₃ +H₂O^> CaSO_A · 2H₂O + CO₂ (3)

Pak se spaliny Al, ze kterých byly oxid siřičitý SO₂ a podobné látky odstraněny v absorpční věži 8, sloužící jako odsiřovací zařízení, nechají procházet přihřívací sekcí 9 ohřívače plyn-plyn, kde se zahřívají na teplotu, příznivou pro vypouštění do atmosféry s pomocí tepla, získaného v sekci 7 pro získávání tepla.

Pak se spaliny A vedou do spodní části hlavního tělesa komína 13 pomocí kouřovodu 10, ventilátoru 11 a kouřovodu 12 a nakonec se vypouštějí jako zpracované spaliny D z horního otvoru hlavního tělesa komína 13 do atmosféry. Ventilátor 11 slouží k dodávání spalin Al pod tlakem tak, že zabraňuje tlakovým ztrátám, vyvolaným zařízením, a eventuálně umožňuje, aby spaliny byly vypouštěny do atmosféry hlavním tělesem komína 13. Obvykle motor 11a je instalován odděleně od hlavního tělesa ventilátoru 11. Pro stejný účel může být instalován další podobný ventilátor 11 na protiproudé straně absorpční věže 8.

Nadto při tomto systému požadovaná výška 1 hlavního tělesa komína 13 nad zemí je jednoznačně určena podle koncentrací oxidů dusíku a oxidů síry, zbývajících ve zpracovaných spalinách D, a koncentrace tam zůstávajícího prachu K tak, aby to vyhovovalo požadavkům na emise do atmosféry. Například na základě běžného provedení (to je stupeň denitrace poněkud větší, než 80 a stupeň desulfurace poněkud větší, než 80%), se výška 1 asi 150 m obvykle požaduje pro elektrárny třídy 150 MW.

V tomto případě základový prostor, vyžadovaný pro instalaci komína 13 včetně nosné konstrukce 14 pro podpěru a zpevnění hlavního tělesa komína 13, musí být obvykle ve tvaru čtverce se stranami o délce W asi 38 m.

Obr. 10 znázorňuje blokové schéma, zobrazující systém konstrukce, procházející od kotle la do ohřívače 3 vzduchu. Na tomto obr. 10 je kotel la, denitrační katalyzátor 2a, obsažený v ditrátoru 2, a katalyzátor 2b pro rozklad amoniaku B, obsažený v denitrátoru 2. Katalyzátor 2b pro rozklad amoniaku B se používá k odstraňování veškerého amoniaku B plynoucího do poproudé strany. Avšak když se amoniak B vstřikuje v obvyklých množstvích, tento katalyzátor 2b se vynechá, poněvadž množství plynoucího amoniaku B je velmi malé. Nadto, jak je dříve popsáno, tepelný výměník Ljungstromova typu se používá jako ohřívač 3 vzduchu.

V tomto systému tudíž část (například asi 5 % vztaženo na objem spalin A) přiváděného vzduchu C proniká do této strany spalin A a současně část (například asi 1 %) spalin A proniká do strany vzduchu C, jak je znázorněno přerušovanými čarami na obr. 10.

Při výše popsaném běžném zpracování spalin A je nevýhodné velkorozměrové a vysoce nákladné zařízení.

Zejména na trzích rozvojových zemí, malokapacitních energetických podniků a podobně, se silně vyžaduje významné snížení nákladů navíc ke snížení instalačního prostoru a komínové výšky 1.

Uspořádání a konstrukce konvenčního systému jsou zejména takové, že mezi kotelnou ] a komí5 nem 13 (viz obr. 9) jsou uspořádány elektrostatický srážeč 5, absorpční věž 8 a ventilátor 11 v horizontálním směru, přičemž jsou spojeny kouřovody 4, 6, 10 a 12. To vyžaduje velký prostor mezi kotelnou 1 a komínem 13 a velký počet kouřovodů, jakož i velký počet podpěrných členů pod ně, což má za následek zvýšené náklady.

ío Jak bylo dříve popsáno, jsou výška ] instalační prostor komína 13 jednoznačně určeny, například podle koncentrací oxidů dusíku a oxidů síry, zbývajících ve zpracovaných spalinách D. Tudíž aby se snížil rozměr komína 13, je v základě vyžadováno zvýšit výkon zařízení. To je také obtížné při konstrukci konvenčního systému. Například aby se zvýšil stupeň odsíření, je myslitelné zvýšit stykovou kapacitu plyn-kapalina jednoduše zvětšením absorpční věže 8, avšak to je v kontrastu k požadavku na snížení rozměrů, a tudíž to má určitou mez.

Dále, aby se zvýšil stupeň denitrace v denitrátoru 2, je myslitelné splnit to jednoduše zvýšením množství vstřikovaného amoniaku B. V tomto případě se užívá katalyzátor 2b pro rozklad amoniaku B, aby se odstranil veškerý amoniak B, plynoucí do poproudé strany, což má za 20 následek odpovídající vzrůst nákladů. Jestliže se nepoužije katalyzátor 2b pro rozklad amoniaku

B tomto případě, amoniak B bude plynout do poproudé strany a vyvolá následný nepříznivý účinek.

To znamená, že když amoniak B zůstane ve spalinách A, vytvoří se přilnavý kyselý síran amonný

NH4HSO9 podle reakční rovnice (4), která je uvedena níže. Teplota rosného bodu kyselého síranu amonného je asi 230 °C za běžných podmínek u tohoto typu zařízení, přičemž spaliny A se ochlazují z teploty asi 350 °C na teplotu asi 130 °C v běžném ohřívači 3 vzduchu. Když tedy amoniak B zůstane ve spalinách A opouštějících denitrátor 2, vytvoří se velké množství kyselého síranu amonného NH4HSO4, a to zejména v tomto ohřívači 3 vzduchu.

Provedeným výzkumem bylo zjištěno, že v běžném ohřívači 3 vzduchu Ljungstromova typu se tento kyselý síran amonný začíná usazovat ve spárách rezervoáru tepla uvnitř ohřívače 3 vzduchu, a tudíž vyžaduje časté udržovací operace, jako je čištění.

SO₃ + NH₃ +H₂O -> NH4HSO4 (4)

Proto je prvním úkolem předmětu tohoto vynálezu vyvinout systém zpracování spalin A, ve kterém se uspořádání a konstrukce zařízení vytvoří tak, že se dosáhne snížení rozměrů a nákladů na zařízení.

Druhým úkolem předmětu tohoto vynálezu je vyvinout způsob zpracování spalin A, který umožňuje zvýšit výkon zpracování spalin A a tím dosáhnout snížení rozměrů zařízení a podobně.

Třetím úkolem předmětu tohoto vynálezu je vytvořit způsob zpracování spalin A, kterým se může dosáhnout výše uvedeného snížení rozměrů zařízení a zvýšení výkonu bez snížení jeho životnosti.

Čtvrtým úkolem předmětu tohoto vynálezu je vytvořit způsob zpracování spalin A, při němž se zlepší uspořádání konstrukce zařízení a zvýší se výkon zpracování spalin A, přičemž se význam50 ně sníží rozměry a náklady na zařízení, včetně snížení rozměrů komína 13.

-3CZ 291726 B6

Podstata vynálezu

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byl proto vyvinut způsob zpracovávání spalin, zahrnující vstřikování amoniaku do spalin, obsahujících alespoň oxidy dusíku a oxidy síry, pro rozklad oxidů dusíku, přítomných ve spalinách, v denitračním stupni, a zavádění spalin, opouštějících denitrační stupeň, do odsiřovacího stupně neboli do absorpční věže, kde se přivádějí do styku plyn-kapalina s absorpční kapalinou pro odstranění alespoň oxidů síry ze spalin absorpcí do absorpční kapaliny, a/nebo se amoniak vstřikuje do spalin v místě po proudu za denitračním stupněm, přičemž množství amoniaku, vstřikovaného v denitračním stupni, a/nebo množství 10 amoniaku, vstřikovaného v místě po proudu za denitračním stupněm, se stanovuje pro dosažení takového přebytku, aby amoniak nebo amonná sůl zůstaly ve spalinách, zaváděných do odsiřovacího stupně. Množství amoniaku, vstřikovaného v denitračním stupni, se stanovuje pro dosažení koncentrace amoniaku, zbývajícího ve spalinách, opouštějících denitrační stupeň, která nebude menší než 30 ppm.

Teplo se s výhodou získává ze spalin, opouštějících denitrační stupeň, v tepelném výměníku na protiproudé straně absorpční věže, přičemž se využívá utěsněný typ tepelného výměníku kotlové konstrukce.

Teplo se rovněž s výhodou získává ze spalin, opouštějících denitrační stupeň, v tepelném výměníku na protiproudé straně absorpční věže, přičemž množství amoniaku, vstřikovaného v denitračním stupni, a/nebo množství amoniaku, vstřikovaného v místě po proudu za denitračním stupněm, se stanovuje pro dosažení koncentrace amoniaku, zbývajícího ve spalinách, zaváděných do tepelného výměníku, která přesahuje koncentraci oxidu sírového SO₃ ve spalinách 25 o 13 ppm nebo více.

Oblast, ve které má kapalina vyšší kyselost, než absorpční kapalina, rozstřikovaná tak, že se neumožní amoniaku snadno se uvolnit do plynné fáze, se vytváří na poproudé straně oblasti absorpční věže, ve které se spaliny přivádějí do styku plyn-kapalina s absorpční kapalinou, čímž 30 se amoniak, zbývající ve spalinách, zaváděných do odsiřovacího stupně, absorbuje v absorpční věži, aniž by zůstal ve spalinách, opouštějících absorpční věž.

Prach se odstraňuje zaváděním spalin do suchého elektrostatického srážeče na protiproudé straně absorpční věže pro odstraňování prachu, přítomného ve spalinách, a dále se odstraňuje prach 35 zaváděním spalin do mokrého elektrostatického srážeče na poproudé straně absorpční věže pro odstraňování prachu, zbývajícího ve spalinách.

V souladu s dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu byl dále rovněž vyvinut způsob zpracovávání spalin pro čištění spalin, obsahujících alespoň oxidy dusíku a oxidy síry, přičemž se použije zařízení na zpracování spalin, obsahující denitrátor pro vstřikování amoniaku do spalin k rozkladu oxidů dusíku v nich přítomných, tepelný výměník pro získávání tepla ze spalin, opouštějících tento denitrátor, absorpční věž pro přivádění spalin, opouštějících tento tepelný výměník, do styku plyn-kapalina s absorpční kapalinou pro odstranění alespoň oxidů síry ze spalin absorpcí do absorpční kapaliny, přihřívací sekce pro ohřívání spalin, opouštějících 45 absorpční věž, na teplotu vhodnou pro vypouštění do atmosféry, použitím alespoň části tepla, získaného v tepelném výměníku, a ventilátor pro zvyšování tlaku spalin pro odstranění tlakových ztrát, vyvolaných proudovou drahou včetně absorpční věže a přihřívací sekce, přičemž absorpční věž, přihřívací sekce a ventilátor jsou uspořádány v řadě na svislé ose jako součást komína pro vypouštění zpracovaných spalin do atmosféry, přičemž amoniak se vstřikuje do spalin v místě po 50 proudu za denitrátorem, a množství amoniaku, vstřikovaného do tohoto denitrátoru, a/nebo množství amoniaku, vstřikovaného v místě po proudu za denitrátorem, se stanovuje pro dosažení takového přebytku, že amoniak nebo amonná sůl zůstanou ve spalinách, zavedených do absorpční věže.

-4CZ 291726 B6

V systému zpracování spalin podle tohoto vynálezu absorpční věž, přihřívací sekce a ventilátor jsou uspořádány v řadě na vertikální ose tak, že působí jako alespoň část komína pro vypouštění zpracovaných spalin do atmosféry. Tak všechna tato zařízení, která se běžně instalují na vnější straně konstrukce komína, jsou instalována v prostoru uvnitř konstrukce komína, tudíž instalační prostor celého zařízení se významně sníží, takže se může dosáhnout významného snížení rozměrů zařízení v horizontálních směrech.

Navíc značná část kouřovodů a jejich nosných členů není nutná a hlavní těleso komína se stává mnohem kratším než dříve. Tím se dosáhne významného snížení v nákladech na zařízení.

U způsobu zpracování spalin podle tohoto vynálezu se amoniak vstřikuje do spalin jak je potřeba v místě po proudu od denitračního stupně, a množství amoniaku, vstřikovaného v denitračním stupni, a/nebo množství amoniaku, vstřikovaného v místě po proudu za denitračním stupněm, se určuje tak, aby zůstávala nadměrná hladina tohoto amoniaku nebo amonné soli ve spalinách, zaváděných do odsiřovacího stupně.

Tudíž alespoň stupeň odsíření v odsiřovacím stupni se zvýší, což přispívá ke snížení rozměrů absorpční věže a komína.

Zejména když se množství amoniaku, vstřikovaného v denitračním stupni, určuje tak, že koncentrace amoniaku, zbývajícího ve spalinách, opouštějících denitrační stupeň, nebude menší než 30 ppm, se stupeň denitrace v denitračním stupni významně zvýší, což přispívá ke snížení rozměrů komína.

Jelikož způsob zpracovávání spalin podle tohoto vynálezu dále zahrnuje stuDeň získávání tepla zaváděním spalin, opouštějících denitrační stupeň, do tepelného výměníku na protipioudé straně absorpční věže, a tím získávání tepla ze spalin únikový typ tepelného výměníku pouzdrotrubkové neboli kotlové konstrukce se využívá jako tepelný výměník, teplo spalin může být účinně využíváno konvenčním způsobem k předehřívání vzduchu pro použití v kotli nebo pro přihřívání zpracovaných spalin, a obtíže vlivem tvorby usazenin mohou být sníženy.

Když kyselý síran amonný, vytvořený reakcí vstřikovaného amoniaku s oxidem sírovým SO₃, přítomným ve spalinách, a mlha kyseliny sírové, vytvořená z oxidu sírového SO₃, přítomného ve spalinách, kondenzují ve výše uvedeném tepelném výměníku, neúnikový typ tepelného výměníku pouzdrotrubkové nebo kotlové konstrukce je méně podroben usazování těchto materiálů na površích přestupu tepla a podobně, nebo ucpání těmito materiály, ve srovnání s konvenčně používaným tepelným výměníkem Ljungstromova typu.

Kromě toho v tomto případě tepelný výměník neumožňuje vzduchu unikat do spalin. To může snížit množství spalin, které mají být upravovány, a tudíž lze dosáhnout snížení nákladů.

Jelikož způsob zpracovávání spalin podle tohoto vynálezu dále zahrnuje stupeň získávání tepla ze zavádění spalin, opouštějících denitrační stupeň tepelného výměníku na protiproudé straně absorpční věže, a tím získávání tepla ze spalin, množství amoniaku, vstřikovaného v denitračním stupni, a/nebo množství amoniaku, vstřikovaného v bodě po proudu za denitračním stupněm, se určuje tak, aby koncentrace amoniaku, zbývajícího ve spalinách, zaváděných do tepelného výměníku, byla v přebytku koncentrace oxidu sírového SO₃ v těchto spalinách o 13 ppm nebo více, kondenzace kyselého síranu amonného ve výše uvedeném tepelném výměníku se minimalizuje, a hlavně se vytváří jemný prášek neutrálního síranu amonného. Tudíž tvorba usazeniny vlivem kyselého síranu amonného se významně potlačí, což způsobí velmi snadné udržování výměníku tepla.

Jelikož se vytvoří oblast, ve které kapalina, mající vyšší kyselost, než absorpční kapalina, se rozstřikuje tak, aby se neumožnilo amoniaku se snadno uvolňovat do plynné fáze na poproudé straně oblasti absorpční věže, ve které se spaliny přivádějí do styku plyn-kapalina s absorpční

-5CZ 291726 B6 kapalinou, tím se amoniak, zbývající ve spalinách, zaváděných do odsiřovacího stupně, absorbuje v absorpční věži bez umožnění toho, aby zůstal ve spalinách, opouštějících absorpční věž, může být zamezen nepříznivý účinek vlivem přílišného vstřikování amoniaku (to je emise amoniaku do atmosféry). To slouží k vyrovnání se s budoucími požadavky na emise amoniaku a také to přispívá k dalšímu čištění spalin.

Jelikož způsob zpracovávání spalin podle tohoto vynálezu dále zahrnuje první stupeň odstraňování prachu zaváděním spalin do suchého elektrostatického srážeče na protiproudé straně absorpční věže, a tím odstranění prachu, přítomného ve spalinách, a druhý stupeň odstranění prachu zaváděním spalin do elektrostatického srážeče na poproudé straně absorpční věže, a tím odstranění prachu, zbývajícího ve spalinách, odprašovací schopnost celého systému se významně zvýší.

Dalším způsobem zpracovávání spalin podle tohoto vynálezu je způsob čištění spalin, obsahujících alespoň oxidy dusíku a oxidy síry, pomocí systému zpracování spalin, obsahujícího denitrátor, odsiřovací zařízení a podobně, a mající absorpční věž, sloužící jako odsiřovací zařízení, přihřívací sekci a ventilátor, uspořádané v řadě na vertikální ose tak, že působí jako alespoň část komína pro vypouštění zpracovaných spalin do atmosféry, přičemž amoniak je vstřikován do spalin jak je požadováno v místě po proudu za denitrátorem, a množství amoniaku, vstřikovaného v denitrátoru, a/nebo množství amoniaku, vstřikovaného v místě po proudu za denitrátorem, jsou určena tak, že zbývá nadměrné množství tohoto amoniaku nebo amonné soli ve spalinách, zaváděných do absorpční věže.

Jelikož absorpční věž, přihřívací sekce a ventilátor jsou uspořádány v řadě na vertikální ose tak, že tvoří část komína, instalační prostor zařízení se významně sníží. Nadto alespoň stupeň odsíření se zvýší vlivem nadměrného vstřikování amoniaku, což umožní snížení výšky komína.

To znamená, že tento způsob může zaručit vynikající účinky, jako je zvýšení výkonnosti zařízení a významné snížení rozměrů zařízení, a to jak v horizontálním, tak i vertikálním směru.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům na výkresech, kde:

obr. 1 je schematický pohled, znázorňující systém zpracování spalin podle prvního provedení předloženého vynálezu;

obr. 2 je schematický pohled, znázorňující systém zpracování spalin podle druhého provedení předloženého vynálezu;

obr. 3 je schematický pohled, znázorňující detaily odsiřovacího zařízení, zahrnutého v systému zpracování spalin podle obr. 2;

obr. 4 je schematický pohled, znázorňující neodpadní likvidační systém, vhodný pro použití u systému zpracování spalin podle obr. 2;

obr. 5 je graf, znázorňující údaje, které demonstrují účinek tohoto vynálezu (to je zlepšení stupně odsíření);

obr. 6 je schematický pohled, znázorňující experimentální zařízení pro demonstraci účinku tohoto vynálezu, to je minimalizace usazenin vlivem oxidu sírového SO₃ ve spalinách;

-6CZ 291726 B6 obr. 7 je graf, ukazující experimentální výsledky (změny v tlakových ztrátách plynu ve výměníku tepla) pro demonstraci účinku tohoto vynálezu, to je minimalizace usazování vlivem oxidu sírového SO3 ve spalinách;

obr. 8 je graf, ukazující experimentální výsledky (změny celkového koeficientu přestupu tepla v tepelném výměníku) pro demonstraci účinku tohoto vynálezu, to je minimalizace usazenin vlivem oxidu sírového SO₃ ve spalinách;

obr. 9 je schéma, znázorňující konvenční systém zpracování spalin; a obr. 10 je schéma, znázorňující denitrátor a jiná zařízení, zahrnutá v konvenčním systému zpracování spalin.

Příklady provedení vynálezu

Dále bude popsáno několik provedení tohoto vynálezu s odkazem na připojené výkresy.

První provedení tohoto vynálezu je popsáno s odkazem na obr. 1. Stejné prvky, které jsou zahrnuty v konvenčním systému podle obr. 9, jsou označeny stejnými vztahovými značkami, a duplicitní jejich vysvětlování je vynecháno.

Způsob zpracovávání spalin A podle tohoto vynálezu je charakterizován tím, že pod hlavním tělesem komína 13a jsou uspořádány absorpční věž. 21, přihřívací sekce 22 plynového ohřívače a ventilátor 23, a to v řadě na vertikální ose komína 13a tak, že tvoří součást komína 13a.

Sekce 24 získávání tepla ohřívače plyn-plyn je instalována v poloze, která je na dráze kouřovodu 25, spojujícího suchý elektrostatický srážeč 5 s absorpční věží 21, a na vnitřku nosné konstrukce 14 komína 13a. Eventuálně celá absorpční věž 21, sekce 24 získávání tepla, přihřívací sekce 22 plynového ohřívače a ventilátor 23 jsou všechny instalovány ve volném prostoru na vnitřku nosné konstrukce 14 komína 13a.

V tomto provedení absorpční věž 21 je taková, že spaliny A se do ní zavádějí vstupem, vytvořeným v její spodní boční části, přivádějí se do styku plyn-kapalina s absorpční kapalinou v protiproudém režimu k odstranění alespoň oxidů síry ze spalin A absorpcí do absorpční kapalinové suspenze E, a vypouštějí se z výstupu, vytvořeného na jejím horním konci.

Stejným způsobem, jaký byl dříve popsán ve spojení s konvenčním systémem, se vytvoří sádrovec G jako vedlejší produkt pomocí například vápence I jako absorbentu.

Přihřívací sekce 22 plynového ohřívače je přímo připojena k hornímu konci absorpční věže 21. Tak se spaliny Al vypouštěné z horního výstupu absorpční věže 21, zavádějí do přihřívací sekce 22 ze spodní strany, zahřívají se na teplotu, vhodnou pro vypouštění do atmosféry, a to s pomocí tepla, získaného v sekci 24 získávání tepla, a vypouštějí se z vrcholové strany.

V tomto případě se využije ohřívač plyn-plyn cirkulačního typu zahřívacího média a jeho sekce 24 získávání tepla a přihřívací sekce 22 obsahují neúnikový typ výměníků tepla pouzdrotrubkové konstrukce. Tyto neúnikové výměníky tepla jsou výhodné v tom, že i když oxid sírový SO₃, přítomný ve spalinách A, reaguje s amoniakem přítomným podle výše zmíněné reakční rovnice (4) k vytvoření kyselého síranu amonného NH4HSO4, jsou méně podrobeny usazování kyselého síranu amonného, který je příčinou tvorby usazenin.

Ventilátorem 23 je axiální průtokový ventilátor, instalovaný nad výše zmíněnou přihřívací sekcí 22 a způsobující nasávání spalin Al spodní strany a jejich vypouštění z vrchní strany. Motor je uspořádán na jeho vnitřní ose.

-7CZ 291726 B6

Při uspořádání a konstrukci systému zpracování spalin A podle tohoto provedení je instalační prostor celého zařízení výrazně zmenšen ve srovnání s konvenčním systémem, znázorněným na obr. 9, takže se může dosáhnout značného snížení rozměrů zařízení v horizontálních směrech.

Veškerý prostor, požadovaný pro instalaci absorpční věže 8, ventilátoru 11, motoru 1 la a kouřovodů 6 a 10 systému podle obr. 9, se stává nepotřebným. Navíc instalační prostor komína 13a je stejný jako dříve, poněvadž prostor, uvolňující absorpční věž 21 a podobně k instalaci, je vhodně vynechán v nosné konstrukci 19 komína 13a.

Dále kouřovody 6 a 10 samy o sobě a jejich nosné Členy nejsou potřebné a hlavní těleso komína 13a se stává mnohem kratší než dřív. Případně lze dosáhnout významného snížení nákladů na zařízení.

Druhé provedení předmětu tohoto vynálezu je popsáno s odkazem na obr. 2. Stejné prvky, jaké jsou zahrnuty v prvním provedení, jsou označeny stejnými vztahovými značkami a jejich duplicitní vysvětlení je vynecháno.

Toto provedení je charakterizováno tím, že je vybaveno ohřívačem 31 vzduchu C (nebo tepelným výměníkem), představujícím neúnikový typ tepelného výměníku kotlové nebo pouzdrotrubkové konstrukce, přičemž mokrý elektrostatický srážeč 32 je instalován mezi absorpční věží 21a a přihřívací sekcí 22 pod hlavním tělesem komína 13b. V tomto provedení výše uvedený ohřívač 31 vzduchu C a dříve popsaná sekce 24 získávání tepla ohřívače plyn-plyn tvoří tepelný výměník pro provádění etapy získávání tepla podle tohoto vynálezu.

Navíc suchý elektrostatický srážeč 5, popsaný ve spojení s konvenčním systémem, slouží k provádění první etapy odstraňování prachu K podle tohoto vynálezu, přičemž výše uvedený mokrý elektrostatický srážeč 32 slouží k provádění druhé etapy odstraňování prachu K podle tohoto vynálezu.

Výše popsaná konstrukce má následující výhody. Protože ohřívač 31 vzduchu zahrnuje tepelný výměník neúnikového typu, je množství usazených usazenin relativně malé, i když se vytváří kyselý síran amonný ve spalinách AI zaváděných do ohřívače 31 vzduchu, jak je dříve popsáno. To je velmi výhodné z hlediska údržby.

Pokud amoniak B zůstává ve spalinách A opouštějících denitrátor 2, kyselý síran amonný se vytváří zejména v ohřívači 31 vzduchu C. Podle provedených výzkumů bylo zjištěno, že v případě konvenčního ohřívače 31 vzduchu C Ljungstrómova typu, takovýto kyselý síran amonný má tendenci k usazování ve spárách rezervoáru tepla v ohřívači 31 vzduchu C a vyžaduje časté provádění údržby, jako je čištění.

Avšak prováděný výzkum ukázal, že neúnikový typ výměníků tepla pouzdrotrubkové konstrukce je méně podroben takovémuto usazování síranu amonného nebo zanesení tímto síranem. Je také známo, že problém, týkající se produkce kyselého síranu amonného a jeho usazování na vnitřních površích tepelného výměníku, může být také ulehčen vstřikováním přebytečného množství amoniaku B do spalin A, což bude konkrétně popsáno později.

Když ohřívač 31 vzduchu C zahrnuje neúnikový typ tepelného výměníku, vzduch C, dávkovaný do kotle la neuvolňuje dost spalin A. To vyvolá snížení průtoku spalin A, které jsou zpracovávány, a tudíž odpovídající snížení kapacit ventilátoru 23 a kouřovodů 4, 25, jakož i spotřeby energie.

Protože mokrý elektrostatický srážeč 32 je instalován, jemný prach K a jiné cizí látky, které nebyly zachyceny v absorpční věži 21a, mohou být odstraněny. Zbytková koncentrace prachu K

-8CZ 291726 B6 ve zpracovaných spalinách D se tak sníží. To zvyšuje výkon zařízení z tohoto hlediska a také přispívá ke snížení výšky h komína 13b.

Konstrukce a účinky významných částí pro provádění způsobu zpracovávání spalin A podle tohoto vynálezu, který je prováděn s pomocí výše uvedeného provedení, jsou popsány dále.

Podle tohoto způsobu místo použití katalyzátoru 2b pro rozklad množství amoniaku B, vstřikovaného do denitrátoru 2, je určeno tak, aby bylo natolik nadměrné, že velké množství amoniaku B nebo amonné soli zůstane ve spalinách A zaváděných do absorpční věže 21a.

Jestliže amoniak B nebo amonná sůl zůstanou ve spalinách A zaváděných do absorpční věže 21a, tento amoniak B nebo amonná sůl se rozpustí v suspenzi uvnitř absorpční věže 21a následkem styku plyn-kapalina mezi spalinami A a absorpční kapalinovou suspenzí E. To zvyšuje koncentraci amonné soli (jinými slovy koncentraci amonných iontů) v absorpční kapalinové suspenzi E, cirkulující absorpční věží 21a.

Provedený výzkum ukázal, že když se zvýší koncentrace amonné soli (nebo koncentrace amonných iontů) v cirkulační kapalinové suspenzi E absorpční věže 21a na 150 mmol/1 nebo více stupeň odstranění oxidu siřičitého ze spalin A (to je stupeň odsíření) v absorpční věži 21a se zvýší do blízkosti 95 %, jak je znázorněno na obr. 5, dokonce když ostatní podmínky zůstanou konstantní.

Podle tohoto provedení, ve kterém množství amoniaku B, vstřikovaného do denitrátoru 2, je určeno tak, aby bylo v nadměrné výši, jak je výše popsáno, rozměr absorpční věže 21a může být snížen ve srovnání s dosavadním stavem techniky. Navíc koncentrace oxidů síry (konkrétně oxidu siřičitého), zůstávajících ve zpracovaných spalinách D, mohou být dále sníženy, a tudíž výška 1] komína 13b může být snížena.

Protože množství amoniaku B. který je vstřikován, je přirozeně v přebytku ekvivalentního množství požadovaného pro denitraci, denitrační schopnost denitrátoru 2 (nebo denitračního stupně) se zvýší. Podle provedeného výzkumu bylo zjištěno, že když množství vstřikovaného amoniaku B je určeno tak, že je v přebytku ekvivalentního množství, požadovaného pro denitraci, a nadto koncentrace amoniak B zbývajícího ve spalinách A, opouštějících denitrační stupeň (to je plynoucí amoniak B, nebude menší, než 33 ppm, stupeň denitrace se zvýší z konvenční úrovně asi 80 % na asi 90 %, přičemž koncentrace oxidů dusíku, zbývajících ve zpracovaných spalinách D, se může snížit na polovinu.

V tomto spojení zkušební kalkulace, provedené s ohledem na elektrárny třídy 150 MW, ukazují, že když se stupeň odsíření a stupeň denitrace zvýší, jak je výše popsáno, tak stupeň odstraňování prachu K také zvýšen instalací mokrého elektrostatického srážeče 32, výška li komína 13b může být významně snížena z konvenční hodnoty asi 150 m na asi 90 m. Navíc v důsledku toho, šířka instalačního prostoru nosné konstrukce 19b komína 13b může být významně snížena z konvenční hodnoty asi 38 m na asi 25 m.

V tomto případě příslušné množství amoniaku B, který je vstřikován, musí být určeno nejen tak, aby bylo v přebytku ekvivalentního množství požadovaného pro denitraci, ale také s úvahou pro koncentraci oxidu sírového SO3 ve spalinách A.

Alespoň část amoniak B zbývajícího ve spalinách A opouštějících denitrátor 2 (nebo denitrační stupeň), reaguje s oxidem sírovým SO₃, přítomným ve spalinách A za tvorby amonných solí, jako je výše popsaný síran amonný a kyselý síran amonný. V tomto případě se většina z těchto amonných solí zachytí elektrostatickým srážečem 5. Plynný amoniak zbývající ve spalinách A, opouštějících denitrátor 2, je tedy jenom částí původního amoniaku B, která je v přebytku ekvivalentního množství oxidu sírového SO₃, zbývajícího ve spalinách A, zavedených do absorpční věže 21a.

-9CZ 291726 B6

Je žádoucí určit množství vstřikovaného amoniaku B tak, aby koncentrace amoniaku B, zbývajícího ve spalinách A, zaváděných do ohřívače 31 vzduchu do sekce 24 získávání tepla (nebo tepelného výměníku) plynového ohřívače, byla v přebytku koncentrace oxidu sírového SO3 ve spalinách A o 13 ppm nebo více.

Jak prokázaly experimenty, které budou později popsány, umožňuje to potlačit usazování kyselého síranu amonného, kondenzujícího ve výše uvedeném tepelném výměníku. Tvorba usazeniny (nebo povlaku) na površích přestupu tepla a jiných vnitřních površích tepelného výměníku se tak stává nepatrnou a usnadňuje údržbu tepelného výměníku.

To znamená, že v konvenčním systému, znázorněném na obr. 9, pak koncentrace amoniaku B, zbývajícího ve spalinách A zaváděných do ohřívače 3 vzduchu C je pouze asi 5 ppm, takže se vytváří kyselý síran amonný ve větším množství, než běžný síran amonný. Tento kyselý síran amonný má tendenci kondenzovat, zejména v ohřívači 3 vzduchu, a tvořit tam usazeninu. Avšak jestliže je koncentrace tohoto amoniaku B přebytku vůči koncentraci oxidu sírového SO₃ ve spalinách A 13 ppm nebo více, většina oxidu sírového SO₃, přítomného ve spalinách A se převede na jemný prášek neutrálního síranu amonného, obsahujícího (NH^SO.», a produkce vysoce přilnavého kyselého síranu amonného, vedoucí k vytvoření usazeniny, se stává relativně malou.

Podle tohoto provedení za použití ohřívače 31 vzduchu C kotlové nebo pouzdrotrubkové konstrukce, potíže, způsobené tvorbou usazeniny, jsou menší ve srovnání s konvenčním systémem, užívajícím ohřívač 31 vzduchu C Ljungstromova typu. Problém tvorby usazenin vlivem kyselého síranu amonného může být prakticky vyřešen a denitrátor 2 nemusí být opatřen katalyzátorem 2b pro rozklad amoniaku B.

V tomto provedení je přebytečné množství amoniaku B pozitivně vstřikováno tak, že velké množství amoniaku B nebo amonné soli zůstane ve spalinách A, zaváděných do absorpční věže 21a. Podle toho likvidace amoniaku B absorbovaného do absorpční kapalinové suspenze E v absorpční věži 21a, a amoniaku B. unikajícího do zpracovaných spalin D, vytváří problémy. Avšak tyto problémy mohou být vyřešeny využitím existující neodpadové vodné likvidační technologie, při které se amoniak B získává a znovu použije míšením prachu K elektrostatického srážeče 5 s odpadní vodou H2 z odsiřovaného zařízení nebo nově navrženou technologií absorpce amoniaku B.

Některá provedení těchto technologií jsou popsána dále s odkazem na obr. 3 a 4.

Obr. 3 znázorňuje schematický pohled, ukazující zejména detailní konstrukci odsiřovacího zařízení, vhodnou pro použití v systému zpracovávání spalin A podle tohoto provedení, jak je znázorněno na obr. 2, přičemž na obr. 4 je schematický pohled, znázorňující konstrukci příkladného neodpadového vodného likvidačního systému, vhodného pro použití se systémem zpracování spalin A podle tohoto provedení (v případě olejem vytápěného kotle la).

V tomto případě, jak je znázorněno na obr. 3, je absorpční věž 21a. sloužící jako odsiřovací zařízení, provedena jako absorpční věž kapalinového sloupcového typu, která je opatřena na spodku nádrží 41 pro zadržování absorpční kapalinové suspenze E, mající v sobě suspendovaný absorbent (to je vápenec I), a která má stykovou oblast plyn-kapalina, zasahující nad nádrž 41 a sloužící k přivádění spalin A do styku plyn-kapalina s absorpční kapalinovou suspenzí E uvnitř nádrže 41.

Tato absorpční věž 21a je takzvaná protiproudá absorpční věž 21a, ve které vstupní sekce 42 spalin A pro zavádění spalin A je vytvořena v jejím horním konci tak, že spaliny A vstupují ze spodní části absorpční věže 21a a proudí nahoru.

-10CZ 291726 B6

Odlučovač 43a mlhy je instalován ve výstupní sekci 43 spalin AI. Tento odlučovač 43a mlhy slouží k jímání jakékoli mlhy, vytvořené jako výsledek styku plyn-kapalina a stržené spalinami A, takže velké množství mlhy, obsahující oxid siřičitý, amoniak B a podobně, nemůže být vypouštěno společně s odsířenými spalinami AI. V tomto provedení se mlha, jímaná tímto odlučovačem 43a mlhy, ponechá proudit dolů z jeho spodního konce a vrací se přímo do nádrže 44.

V absorpční věži 21a jsou uspořádány paralelně rozstřikovací trubky 44. V těchto rozstřikovacích trubkách 49 je vytvořeno množství trysek (neznázoměných) pro vstřikování suspenze v nádrži 41 nahoru ve formě sloupců kapaliny.

Oběhové čerpadlo 95 pro odebírání a zdvih absorpční kapalinové suspenze E v nádrži 41, je instalováno na vnější straně nádrže 44. Tak je suspenze dávkována oběhovým čerpadlem do rozstřikovacích trubek 44 přes cirkulační potrubí 46.

V provedení, znázorněném na obr. 3, je nádrž 41 opatřena prostředky pro vhánění vzduchu F pro oxidační použití ve formě jemných bublinek za míchání absorpční suspenze E v nádrži 41. Tyto prostředky zahrnují míchadlo 47 a vzduchovou přívodní trubku 48 pro vhánění vzduchu F do suspenze v blízkosti míchacích lopatek míchadla 47. Tak se absorpční suspenze, mající v sobě absorbovaný oxid siřičitý, přivede do účinného styku se vzduchem C v nádrži 41, a tím se úplně oxiduje k vytvoření sádrovce G.

Absorpční suspenze E, vstřikovaná z rozstřikovacích trubek 44 v absorpční věži 21a, proudí dolů, přičemž absorbuje oxid siřičitý a prach K (obsahující amonné soli, jako je síran amonný) a navíc plynný amoniak jako výsledek styku plyn-kapalina se spalinami A a vstupuje do nádrže 41, kde se oxiduje stykem s velkým množstvím vzduchových bublinek, vháněných dovnitř, zatímco probíhá míchání pomocí míchadla 47 a vzduchové přívodní trubky 48, a pak podléhá neutralizační reakci, čímž se stává absorpční suspenzí E, obsahující sádrovec G ve vysoké koncentraci. Dominantní reakce, vyskytující se během těchto zpracování, jsou představeny shora uvedenými reakčními rovnicemi (1) až (3).

Velké množství sádrovce G malé množství vápence I (použitého jako absorbent) a nepatrné množství prachu K a amoniaku jímaného ze spalin A je stále suspendováno nebo rozpuštěno v absorpční suspenzi E v nádrži 41. Při tomto provedení je suspenze v nádrži 41 odebírána a dávkována do separátoru 49 tuhých a kapalných látek trubkovým vedením 46a, odbočujícím z cirkulačního vedení 46. Absorpční suspenze E se filtruje v separátoru 49 tuhých a kapalných látek, takže se získá sádrovec G, mající nízký obsah vody.

Na druhé straně se část filtrátu H1 ze separátoru 49 tuhých a kapalných látek dávkuje do přípravné nádrže 52 absorpční suspenze E jako voda, tvořící absorpční kapalinovou suspenzi E, a zbytek se vypouští jako odsiřovací odpadní voda H2, aby se předcházelo akumulaci nečistot.

Protože amoniak B a amonné soli (jako je síran amonný), absorbované ze spalin A, mají vysoké rozpustnosti, většina z nich je obsažena v kapalné fázi absorpční suspenze E a eventuálně se vypouštějí společně s odsiřovací odpadní vodou H2.

V tomto provedení se absorpční suspenze E, obsahující vápenec I jako absorbent, vede z přípravné nádrže 52 absorpční suspenze Ě do nádrže 41 během provozu. Tato přípravná nádrž 52 je vybavena míchadlem 53 a slouží k přípravě absorpční suspenze E míšením práškového vápence I, přiváděného ze sila (neznázoměného), s filtrátem Hl, dávkovaným jak je výše popsáno, a mícháním této směsi. Absorpční kapalinová suspenze E se v přípravné nádrži 52 absorpční suspenze E vhodně dávkuje do nádrže 41 pomocí čerpadla 54 absorpční suspenze E. Aby se doplnila voda, postupně ztracená vlivem odpařování v absorpční věži 21a nebo podobně, vhodně se dodává doplňovací voda (například průmyslová voda), například do nádrže 41 nebo přípravné nádrže 52 absorpční suspenze E.

-11 CZ 291726 B6

Během provozu se průtoková rychlost výše uvedené doplňovací vody, přiváděné do nádrže 41, průtoková ry chlost odebírání absorpční suspenze E potrubím 46a a podobně, vhodně reguluje. Nádrž 41 se tak udržuje v takovém stavu, ze suspenze, obsahující sádrovec G a absorbent v předem stanovených koncentracích, je vždy uložena v určité úrovni v určitých mezích.

Také během provozu, aby se udržel stupeň odsíření a čistota sádrovce G na vysoké úrovni, se zatížení kotle laje průtok nezpracovaných spalin Al. koncentrace oxidu siřičitého ve spalinách A, zaváděných do absorpční věže 21a, pH a koncentrace vápence I absorpční suspenze v nádrži 41 a podobně, zjišťují pomocí senzorů.

Na základě výsledků tohoto zjišťování se vhodně reguluje dávkování vápence I do nádrže 41 a jiné parametry se vhodně regulují pomocí regulátoru (neznázoměného).

Běžně se pH absorpční suspenze uvnitř nádrže 41 obvykle nastaví na asi 6,0, takže se vytvoří vysoce čistý sádrovec G akcelerací výše popsané oxidační reakce, přičemž se udržuje vysoká kapacita pro absorpci oxidu siřičitého.

Jako prostředek pro prevenci amoniaku B vstřikovaného v přebytku do zbytku v odsířených spalinách Al. jsou instalovány rozstřikovací trubky 55 nad rozstřikovacími trubkami 44. Tyto rozstřikovací trubky 55 slouží k vstřikování kapaliny J (která může být ve formě suspenze), mající nižší hodnotu pH, než absorpční suspenze E v nádrži 41, do absorpční věže 21a, a tím se vytvoří v horní části absorpční věže 21a oblast, která nedovolí amoniaku B, aby se snadno uvolňoval do plynné fáze.

Kapalina J, vstřikovaná z rozstřikovacích trubek 55, obsahuje zředěný roztok kyseliny L sírové a její pH se nastaví na určitou hodnotu (například 9,0 až 5,0), při které se amoniak B se snadno uvolňuje do spalin Al.

Ve výše popsané konstrukci spaliny A zaváděné do absorpční věže 21a přes vstupní sekci 42 spalin A, se nejdříve přivedou do styku plyn-kapalina s absorpční suspenzí E, vstřikovanou z rozstřikovacích trubek 44 ve formě kapalinových sloupců, a J pak se přivedou do styku plynkapalina s kapalinou J, vstřikovanou z rozstřikovacích trubek 55. Prach K a amoniak B. společně s oxidem siřičitým, se tak absorbují nebo zachycují.

Během tohoto postupu se kapalina J, vstřikovaná z rozstřikovacích trubek 55 ve výstupní sekci (nebo horním konci) absorpční věže 21a. nastaví na hodnotu pH, při které se amoniak B snadno uvolňuje do spalin A, tudíž parciální tlak amoniaku B se sníží v horní části absorpční věže 21a tak, že amoniak B jednou rozpuštěný v kapalné fázi se nemůže zpětně uvolnit do spalin Al v horní části absorpční věže 21a.

Takto odsířené spaliny Al, mající velmi nízké koncentrace oxidu siřičitého, prachu K a amoniaku B, se nakonec vypouštějí z výstupní sekce 43 spalin A vytvořené na horním konci absorpční věže 21a. V tomto případě provedené výpočty ukázaly, že stupeň odstranění amoniaku B činí asi 90 %. Tudíž navzdory konstrukci, ve které se nadbytečné množství amoniaku B pozitivně vstřikuje, malé množství amoniaku B je obsaženo ve zpracovaných spalinách D (obr. 2) a nevzniká žádný problém s emisemi amoniaku B do atmosféry.

Z hlediska prevence znečištění vzduchu je však žádoucí minimalizovat koncentraci amoniaku B ve zpracovaných spalinách D, vypouštěných do atmosféry. V souhlase s tím je zde požadavek na technologii zpracování spalin A, kdy se může dosáhnout snížení rozměrů zařízení a vysokého stupně odsíření, a navíc se může minimalizovat množství vypouštěného amoniaku B.

Konstrukce příkladného bezodpadového vodného likvidačního systému, znázorněného na obr. 4, je popsána níže. Je to případ, týkající se zpracování spalin A z olejem vytápěného kotle la.

- 12CZ 291726 B6

V tomto případě prach K, jímaný ze spalin F, suchým elektrostatickým srážečem 5, znázorněným na obr. 2 a na obr. 3, obsahuje navíc k nespálenému uhlíku, tvořícímu jeho základní složku, nečistoty, jako je vanad (což je toxický těžký kov) a hořčík, a dále síran amonný, vytvořený ze vstřikovaného amoniaku B oxidu sírového SO₃, přítomného ve spalinách A, a podobně.

V tomto systému, jak je znázorněno na obr. 9, se odsiřovací odpadní voda H2. uvedená na obr. 3, nejdříve zavádí do směšovací nádrže 61, kde se míchá a směšuje s prachem K dávkovaným ze suchého elektrostatického srážeče 5, čímž se vytvoří směsná suspenze Sl.

V tomto stupni se amoniak B síran amonný, obsažené v prachu K, rozpustí v kapalné fázi směsné suspenze S1 a většina z nich existuje jako síranové ionty nebo amonné ionty, podobně jako ty, které jsou obsaženy v odpadní vodě H2. Pak se směsná suspenze S1 přivádí do nádrže 62 pro nastavování nebo redukci pH, kde se přidává kyselina L, například kyselina sírová H2SO4. Tak se směsná suspenze S1 nastaví na hodnotu pH (asi 2 nebo níže), která umožňuje snížení obsahu vanadu.

Navíc se přidá redukční činidlo M, například siřičitan sodný Na₂SO4, a smíchá se se směsnou suspenzí. Tak se pětimocný vanad, přítomný v směsné suspenzi Sl, redukuje na svůj tetravalentní stav podle následující reakční rovnice (5), takže se vanad rozpustí v kapalné fázi.

2VO₂ + SO;~ + 2H* 2VO²⁺ + SO4²' + H2O (5)

Pak se směsná suspenze S2, podrobená redukci vanadu, převede do srážecí nádrže 63. kde se amoniak B3 (který bude popsán dále) přidá a smíchá se směsnou suspenzí S2. V tomto stupni čtyřmocný vanad, přítomný ve směsné suspenzi S2, reaguje s amoniakem B3 dle následující reakční rovnice (6) a výsledný produkt se sráží.

VO¹ + 2NH.0H -> VO(OH\ + 2NtT₄ (6)

Po zpracování se za účelem vysrážení vanadu směsná suspenze S3 odebere ze srážecí nádrže 63 a převede se do separátoru 65 tuhých a kapalných látek, obsahujícího flokulační usazovák a/nebo vakuový typ pásového filtru, pomocí suspenzního čerpadla 64. Tak se tuhá látka N oddělí ve formě kalu nebo filtračního koláče. Separovaná tuhá látka N sestává v podstatě z nespáleného uhlíku, přítomného v prachu K, a navíc obsahuje vysrážený vanad.

Pak se odpadní kapalina S4, ze které byla odstraněna tuhá látka obsahující vanad, převede do neutralizační nádrže 66, kde se chemický prostředek O, například hašené vápno Ca(OH)₂ a vratná odpadní kapalina P (která bude popsána dále), přidají ktéto kapalině S4 za neustálého míchání. Tak se ionty síry a ionty amoniaku B, které jsou přítomny v odpadní kapalině S4 převedou na sádrovec G nebo hydroxid amonný.

Výsledná suspenze S5, která nyní obsahuje sádrovec G jako tuhou složku a hydroxid amonný, se pak převede do primárního koncentrátoru 67, kde se amoniak B oddělí odpařením. Výsledná suspenze S6, obsahující sádrovec G a jinou tuhou látku ve vysokých koncentracích, se odebere odtud pomocí suspenzního čerpadla 68.

Primární koncentrátor 67 sestává z odpařovače 67a, ohřívače 67b a oběhového čerpadla 67c, a působí k zahřátí suspenze horkou párou Wl, vytvářenou například v kotli elektrárny, čímž se odpaří čpavková voda Bl, obsahující amoniak B.

- 13 CZ 291726 B6

Kromě sádrovce G tuhá látka N, obsažená ve výsledné suspenzi S6. zahrnuje hlavně hydroxid hořečnatý Mg(OH)₂. Tento hydroxid horečnatý se vytvoří sloučením hořčíku, přítomného s hydroxidovými ionty, přítomnými ve výsledné suspenzi S6.

Dále se tato suspenze S6 zavádí do separátoru 69 tuhých látek N, zahrnujícího cyklon nebo sedimentační odstředivku, kde se výsledná suspenze S6 rozdělí na suspenzi S7, obsahující hlavně sádrovec G (hrubě kusová tuhá látka), a na suspenzi S8, obsahující jemně zrnitou tuhou látku N, (zahrnující hlavně výše popsaný hydroxid hořečnatý).

Suspenze S7 se vrací do absorpční věžové nádrže 41 tvořící odsiřovací zařízení, znázorněné na obr. 3. Na druhé straně se část suspenze S8 dehydratuje vdehydrátoru 70 (nebo sekundárním koncentrátoru), a výsledná tuhá látka N, obsahující hlavně hydroxid hořečnatý, se vypouští jako kal Q.

Ze suspenze S8 se zbývající část, nedávkovaná do dehydrátoru 70, vrací do neutralizační nádrže 66 jako vratná odpadní kapalina P.

Čpavková voda Bl, vytvářená odpařováním v primárním koncentrátoru 67, se ochlazuje a kondenzuje v chladiči 71 pomocí chladicí vody W2 jako chladivá a uskladňuje se v zásobní nádrži 72.

Protože čpavková voda Bl v zásobní nádrži 72 má obvykle nízkou koncentraci asi 3 až 6 %, dávkuje se do koncentrátoru 74 amoniaku B pomocí čerpadla 73, a zde se koncentruje k získání čpavkové vody Bl, mající koncentraci 10 až 20%. Část této čpavkové vody Bl se zplyňuje v odpařovači 75 a výsledný amoniak B2 se vstřikuje do spalin A v dříve popsaném denitrátoru 2 jako amoniak B, obsahující páru W3. Zbývající část čpavkové vody Bl se dávkuje do výše uvedené srážecí nádrže 63 jako amoniak B3.

Ve výše uvedeném neodpadním vodném likvidačním systému se odsiřovací odpadní voda H2, zbývající z odsiřovací operace, zpracuje jejím míšením s odstraněným prachem K, takže se dosáhne zlepšení manipulovatelnosti. Výsledná směsná suspenze S1 podrobí sériím zpracováni pro redukci srážení a separaci tuhé látky N kapaliny vzhledem k přítomnému vanadu, a separovaný vanad se vypouští jako kal.

Směsná suspenze koncentrována a zpracovávána takovým způsobem, že se sádrovec G, voda a amoniak B a konci vracejí do spalin A nebo do protiproudé strany systému (například absorpční věže tvořící odsiřovač). Tak se stává možným použití amoniaku B cirkulačním způsobem a realizuje se takzvaný uzavřený systém bez odpadní vody, ve kterém se nevytváří žádná odpadní voda, která by se měla vypouštět. To odstraňuje spotřebu zpracování odpadní vody před jejím vypouštěním a umožňuje účinné využití amoniaku B.

Nyní budou dále popsány některé provedené experimentální zkoušky. Účelem těchto experimentů je demonstrovat, že tvorba usazenin na vnitřních površích (například na površích přestupu tepla) tepelného výměníku pro etapu získávání tepla, způsobených kyselým síranem amonným, se potlačí, když se vstřikuje přebytečné množství amoniaku B podle jednoho znaku předmětu tohoto vynálezu, a použije se neůnikový typ tepelného výměníku kotlové konstrukce.

Především bylo použito experimentálního zařízení, které je znázorněno na obr. 6. Ohřívač 82 vzduchu a chladič 83 byly instalovány po proudu za spalovací pecí 81. Cyklon 84 pro separaci a odstraňování prachu K, jako je spálený uhlík, byl instalován po proudu za nimi. Spaliny A, opouštějící tento cyklon 84, byly zaváděny do neúnikového typu tepelného výměníku 85 kotlové konstrukce. V tomto případě spaliny A procházely tepelným výměníkem 85 na jeho pouzdrové strany (to znamená vně ohřívacích trubek), zatímco ohřívací médium procházelo ohřívacími trubkami tepelného výměníku 85. Ohřívací médium, ohřívané teplem spalin A v tepelném výměníku 85, bylo ochlazováno a regenerováno v chladiči 86 pomocí chladicí vody.

- 14CZ 291726 B6

Koncentrace oxidu sírového SO₃ ve spalinách A byla regulována vstřikováním oxidu sírového SO3 do spaliny A poloze po proudu za ohřívačem 82 vzduchu C proti směru proudění od chladiče 83. Navíc koncentrace amoniaku B ve spalinách A byla regulována vstřikováním amoniaku B do spalin A poloze po proudu za cyklonem 84 a proti směru proudění od tepelného výměníku 85. Tepelný výměník 85 byl schopen takzvaného čištění ocelovými kuličkami rozptylem ocelových kuliček kontinuálně na jeho pouzdrové straně, a byl podroben testům čištění ocelovými kuličkami jak bylo požadováno.

Další podmínky experimentálních testů byly následující:

Palivo typ: topný olej A rychlost spalování: 15 1/h

Spaliny průtok: 200 Nm³/h koncentrace SO₃: 25 ppm koncentrace NH3: 63 ppm teplota na výstupu z cyklonu: 170 °C teplota na vstupu/výstupu z tepelného výměníku: 130/90 °C

Ohřívací médium vstupní teplota: 75 °C

Ocelové kuličky rozptylovací intenzita: 2,280 kg/m² h

V tomto případě byla koncentrace amoniaku B ve spalinách A stanovena tak, aby byla 63 ppm (tj. 50 + 13), takže by byla v přebytku ekvivalentního množství pro tvorbu síranu amonného (NH4)₂SO₄ jako výsledek reakce s oxidem sírovým SO₃ o 13 ppm.

Výše uvedené ekvivalentní množství je rovno dvojnásobku počtu molů oxidu sírového SO₃, takže v tomto případě odpovídalo koncentraci 50 ppm (tj. 25 x 2).

Za výše popsaných podmínek bylo experimentální zařízení kontinuálně provozováno po dobu 83 hodin bez čištění ocelovými kuličkami. Pak bylo prováděno čištění ocelovými kuličkami po dobu dvou hodin.

Obr. 7 znázorňuje výsledky aktuálního měření změn ve ztrátě tlaku plynu v tepelném výměníku 85, a obr. 8 znázorňuje výsledky aktuálních měření změn celkového koeficientu přestupu tepla v tepelném výměníku 85, který slouží jako indikace jeho schopnosti přestupu tepla.

Jak je možno vidět z těchto výsledků, změny ztrát tlaku plynu a celkového koeficientu přestupu tepla byly relativně nepatrné, dokonce po 83 hodinách kontinuálního provozu. Nadto mohou být úplně nastaveny na jejich počáteční hodnoty čištěním ocelovými kuličkami.

Když byly povrchy ohřívacích trubek tepelného výměníku 85 po 83 hodinách kontinuálního provozu fotografovány a vizuálně prohlíženy pouhým okem, akumulace usazenin byla nepatrná. Při analýze tyto usazeniny zahrnují hlavně sloučeninu typu síranu amonného, mající molámí poměr NH₄/SO₄ o velikosti 1,5 až 1,9.

- 15CZ 291726 B6

Z toho je vidět, že když se amoniak B vstřikuje v takovém množství, aby byl v přebytku koncentrace oxidu sírového SO₃ 0,13 % nebo více, produkce kyselého síranu amonného se potlačí, což značně usnadňuje postup při odstraňování usazenin.

Předmět tohoto vynálezu však není omezen pouze na výše uvedená provedení, neboť může být rovněž uplatňován různými jinými způsoby.

Například vstřikování amoniaku B se musí být prováděno jen v denitrátoru 2 (nebo v denitračním 10 stupni), ale může být také prováděno v kterémkoliv bodě po proudu za denitrátorem 2 a proti směru proudění před absorpční věží 21. Například v systému podle obr. 2 může být amoniak B vstřikován do spalin A v kouřovodu 4 pro účely zachycování oxidu sírového SO₃ a zvyšování odsiřovací schopnosti, nebo může být amoniak B vstřikován do spalin A v kouřovodu 25 na poproudé straně suchého elektrostatického srážeče 5 pro účely zvyšování odsiřovací schopnosti 15 a podobně.

V tomto případě, aby se zvýšila odstřikovací schopnost absorpční věže 21, množství amoniaku B vstřikovaného v denitračním stupni, a/nebo množství amoniaku B vstřikovaného v místě po proudu za denitračním stupněm, může být určeno tak, že je v přebytku ekvivalentního množství, 20 požadovaného pro denitraci, nebo ekvivalentního množství, požadovaného pro oxid sírový SO₃, a tudíž amoniak B nebo amonná sůl (například síran amonný) zůstanou ve spalinách A, zaváděných do odsiřovacího stupně.

Aby se plně potlačila tvorba usazenin vlivem oxidu sírového SO₃ v ohřívači 31 vzduchu a v sekci 25 24 získávání tepla plynového ohřívače, množství amoniaku B vstřikovaného do denitračního stupně, a/nebo množství amoniaku B, vstřikovaného v místě po proudu za denitračním stupněm, může být určeno tak, že je na takové přebytkové úrovni, že koncentrace amoniak B. zbývajícího ve spalinách A zaváděných do těchto tepelných výměníků, bude přebytku koncentrace oxidu sírového SO₃ v těchto spalinách A o 13 ppm nebo více.

Ohřívač 31 vzduchu sekce 24 získávání tepla ohřívače plyn-plyn jsou instalovány odděleně, například v dříve popsaném provedení podle obr. 2. Avšak mohou být sloučeny do jedné jednotky. To znamená, že systém může být konstruován takovým způsobem, že vzduch C, vedený do kotle la, se zahřívá teplem, získaným v instalovaném tepelném výměníku, například v poloze 35 ohřívače 31 vzduchu C (viz obr. 2) a část ohřívacího média se vede do přihřívací sekce 22 plynového ohřívače a použije se k zahřívání zpracovaných spalin D.

Dokonce i tehdy, kdy ohřívač 31 vzduchu sekce 24 získávání tepla ohřívače plyn-plyn jsou instalovány odděleně, může být sekce 24 získávání tepla ohřívače plyn-plyn instalována v poloze 40 proti proudu před elektrostatickým srážečem 5. V této souvislosti, pokud se získávání tepla ze spalin A úplně provádí na protiproudé straně od elektrostatického srážeče 5, a teplota spalin A zaváděných do elektrostatického srážeče 5, se dále sníží, je dosahováno výhod zejména v případě spalin A z uhlím vytápěného kotle la, poněvadž stupeň odstraňování prachu K (například létavého popílku) v elektrostatickém srážeči 5 se významně zvýší na základě jeho zvýšeného měrného 45 odporu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob zpracování spalin, zahrnující vstřikování amoniaku (B) do spalin (A), obsahujících alespoň oxidy dusíku a oxidu síry, pro rozklad oxidů dusíku, přítomných ve spalinách (A), v denitračním stupni, a zavádění spalin (A), opouštějících denitrační stupeň, do odsiřovacího stupně neboli do absorpční věže (21), kde se přivádějí do styku plyn-kapalina s absorpční kapalinou pro odstranění alespoň oxidů síry ze spalin (A) absorpcí absorpční kapaliny, a/nebo se amoniak (B) vstřikuje do spalin (A) v místě po proudu za denitračním stupněm, přičemž množství amoniaku (B), vstřikovaného v denitračním stupni, a/nebo množství amoniaku (B), vstřikovaného v místě po proudu za denitračním stupněm, se stanovuje pro dosažení takového přebytku, aby amoniak (B) nebo amonná sůl zůstaly ve spalinách (A), zaváděných do odsiřovacího stupně, vyznačující se tím, že množství amoniaku (B), vstřikovaného v denitračním stupni, se stanovuje pro dosažení koncentrace amoniaku (B), zbývajícího ve spalinách (A), opouštějících denitrační stupeň, která nebude menší než 30 ppm.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se získává teplo ze spalin (A), opouštějících denitrační stupeň, v tepelném výměníku na protiproudé straně absorpční věže (21), přičemž se využívá utěsněný typ tepelného výměníku kotlové konstrukce.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vy znač u j í cí se t í m , že se získává teplo ze spalin (A) , opouštějících denitrační stupeň, v tepelném výměníku na protiproudé straně absorpční věže (21), přičemž množství amoniaku (B), vstřikovaného v denitračním stupni, a/nebo množství amoniaku (B), vstřikovaného v místě po proudu za denitračním stupněm, se stanovuje pro dosažení koncentrace amoniaku (B), zbývajícího ve spalinách (A), zaváděných do tepelného výměníku, která přesahuje koncentraci oxidu sírového SO₃ ve spalinách (A) o 13 ppm nebo více.
4. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vy z n a č uj í c í se t í m , že oblast, ve které má kapalina vyšší kyselost, než absorpční kapalina, rozstřikovaná tak, že se neumožní amoniaku (B) snadno se uvolnit do plynné fáze, se vytváří na poproudé straně oblasti absorpční věže (21), ve které se spaliny (A) přivádějí do styku plyn-kapalina s absorpční kapalinou, čímž se amoniak (B), zbývající ve spalinách (A), zaváděných do odsiřovacího stupně, absorbuje v absorpční věži (21), aniž by zůstal ve spalinách (A), opouštějících absorpční věž (21).
5. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, v y z n a č u j í c í se t í m , že se odstraňuje prach (K) zaváděním spalin (A) do suchého elektrostatického srážeče (5) na protiproudé straně absorpční věže (21) pro odstraňování prachu (K), přítomného ve spalinách (A), a dále se odstraňuje prach (K) zaváděním spalin (A) do mokrého elektrostatického srážeče (32) na poproudé straně absorpční věže (21) pro odstraňování prachu (K), zbývajícího ve spalinách.
6. Způsob zpracovávání spalin, pro čištění spalin (A), obsahujících alespoň oxidy dusíku a oxidy síry, vyznačující se tím, že se použije zařízení na zpracovávání spalin (A), obsahující denitrátor (2) pro vstřikování amoniaku (B) do spalin (A) k rozkladu oxidů dusíku v nich přítomných, tepelný výměník pro získávání tepla ze spalin (A), opouštějících tento denitrátor (2), absorpční věž (21) pro přivádění spalin (A), opouštějících tento tepelný výměník, do styku plyn-kapalina s absorpční kapalinou pro odstranění alespoň oxidů síry ze spalin (A) absorpcí do absorpční kapaliny, přihřívací sekce (22) pro ohřívání spalin (Al), opouštějících absorpční věž (21), na teplotu vhodnou pro vypouštění do atmosféry, použitím alespoň části tepla, získaného v tepelném výměníku, a ventilátor (23) pro zvyšování tlaku spalin (Al) pro odstranění tlakových ztrát, vyvolaných proudovou drahou včetně absorpční věže (21) a přihřívací sekce (22), přičemž absorpční věž (21), přihřívací sekce (22) a ventilátor (23) jsou uspořádány v řadě na svislé ose jako součást komína (13) pro vypouštění zpracovaných spalin (D) do atmosféry, přičemž amoniak (B) se vstřikuje do spalin (A) v místě po proudu za denitrátorem (2),

- 17CZ 291726 B6 a množství amoniaku (B), vstřikovaného do denitrátoru (2), a/nebo množství amoniaku (B), vstřikovaného v místě po proudu za denitrátorem (2), se stanovuje pro dosažení takového přebytku, že amoniak (B) nebo amonná sůl zůstanou ve spalinách (A), zavedených do absorpční věže (21).