CZ310420B6

CZ310420B6 - Zařízení a způsob pro odstraňování škodlivých složek z odplynů

Info

Publication number: CZ310420B6
Application number: CZ2018-288A
Authority: CZ
Inventors: Werner Kaulbars; Jens Lahr
Original assignee: E.S.C.H. Engineering Service Center Und Handel Gmbh
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2025-06-04
Also published as: PL425905A1; DE102017005545B4; CZ2018288A3; DE102017005545A1

Abstract

Předkládané řešení se týká způsobu a zařízení pro odstraňování škodlivých složek z odplynů, při kterém se do proudu odplynu vhánějí sorbenty pomocí nosného média ve formě jednoho nebo více proudů sorbentů, zejména pomocí jedné nebo více lancet, díky turbulentnímu promíchávání s odplyny se škodlivé složky adsorbují sorbenty a poté se oddělují na dále zařazeném filtru. Pomocné médium se pomocí jedné nebo více trysek dmýchá ve formě jednoho nebo více proudů ve směru proudění příslušného proudu sorbentů šikmo k němu, takže proud sorbentů se rozčleňuje do jednoho nebo více dílčích proudů.

Description

Zařízení a způsob pro odstraňování škodlivých složek z odplynů

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení a způsobu pro odstraňování škodlivých složek z odplynů, při kterém se sorbenty pomocí nosného média vhánějí do proudu odplynů ve formě jednoho nebo více proudů sorbentů, zejména pomocí jedné nebo více lancety, při turbulentním promíchávání s odplyny se škodlivé složky adsorbují pomocí sorbentů a poté se oddělují na dále zařazeném filtru.

Dosavadní stav techniky

Je obvyklé, zejména z relativně velkých proudů odplynů, zejména z aglomeračních zařízení a elektrooceláren, ale také ze zařízení pro spalování odpadu, uhelných elektráren a rotačních pecí na výrobu cementu, pomocí letícího proudu adsorbérů oddělovat především dioxin, ale také těžké kovy, zejména rtuť, aby byly dodrženy zákonné limity.

Například v DE 4413280 AI je popsán proudový reaktor, ve kterém se zeolit jako sorbent vhání do proudového reaktoru, který je vytvořen zejména také jako část kanálu odplynů, způsob zpracování odplynů je tedy integrován ve vedení odplynů. Přitom je požadována doba reakce 0,5 až 10 s. Přitom se ovšem nebere v úvahu, že rozhodující je nikoliv doba společné přítomnosti odplynů a sorbentů, ale intenzita interakce mezi částicemi sorbentů a adsorbujícími se složkami odplynů, zejména dioxiny a fiirany.

V DE 19623981 AI je navržen způsob odstraňování škodlivých složek z odplynů aglomeračních zařízení, při kterém se do proudu odplynů dmýchá jako sorbent hnědouhelný koks tak, že dochází k turbulentnímu promíchávání sorbentů s odplynem. Přitom se vytváří reakční úsek, který se popisuje také jako proudový reaktor. Zejména je popsáno také použití množství dmyšen, které jsou orientovány proti proudu odplynů. Turbulentní promíchávání je však vytvářeno hlavně prostřednictvím proudu sorbentů, takže buď je potřebný značný počet dmyšen a/nebo musí být sorbenty vháněny s velkým množstvím nosného média a vysokou rychlostí, aby bylo dosaženo dostatečně vysokého impulsu pro požadované turbulentní promíchávání.

Takzvaný proces TOXECON™ podle US 5505766 A popisuje způsob adsorpce toxických látek nacházejících se v plynné fázi z odplynů, zejména rtuti ze spalin z elektráren. Přitom se sorbent vhání do proudu spalin před látkovým filtrem, čímž se na látkovém filtru vytvoří adsorbující vrstva. Důležitým předpokladem pro tento způsob je přirozeně použití látkového filtru. Je rezignováno na interakci mezi odplyny a sorbenty s ohledem na efektivitu čištění odplynů. Nevýhodné je, že adsorbující vrstva na látkovém filtru v důsledku periodického čištění filtru podléhá změnám, což nutně musí vést ke kolísání efektivity čištění spalin, i když v souvislosti s vyčištěním filtru podle US 5505766 A je zvýšen přívod sorbentů.

Řada způsobů jako např. podle DE 19936930 AI, DE 10233173 AI, DE 102006050986 AI, DE 102007020421 AI, DE 102007020422 AI a DE 102009057432 AI zahrnují přívod látek pro vázání rtuti obsažené v odplynech, zejména také ve formě chloridu rtuťnatého. Jsou k tomu navrženy síra, sírou dotované aktivní uhlí, koksy, bentonity, zeolity, tras, cihelná moučka, thiosíran sodný, kyselina sírová, kyselina solná, chloridy alkalických kovů, brom a sloučeniny obsahující brom, jakož i kombinace těchto látek. Tyto látky se vhánějí v práškové formě resp. zavádějí vstřikováním v kapalné formě do proudu odplynů navíc k sorbentů nebo spolu s ním. Celkově tak vzniká, jak při dávkování, tak také při zavádění značná technologická náročnost a tomu odpovídající náročnost na údržbu a náchylnost k poruchám.

Konečně v DE 102007020421 AI je popsán způsob, při kterém se odděleně přidávají do kouřového plynu reakční činidla jako brom nebo sulfidy alkalických kovů v kapalné formě

- 1 CZ 310420 B6 a práškový sorbent obsahující uhlík. Tento o sobě výhodný způsob umožňuje použití následně zařazeného suchého čištění spalin. Technické zařízení pro realizaci tohoto způsobu je však komplikované a vyžaduje zejména v kanálu spalin buď velký počet vstřikovacích lancet nebo také přídavná zařízení, aby bylo dosaženo intenzivního turbulentního promíchávání odplynu s reakčními činidly a tím intenzivní interakce reakčních činidel a sorbentů s proudem odplynu.

Podstata vynálezu

Úkol tudíž spočívá v tom, poskytnout zařízení resp. způsob odstraňování škodlivých složek z odplynů, které resp. který odstraňuje nevýhody stavu techniky a přitom zejména relativně jednoduchými technickými prostředky a s relativně nízkou energetickou náročností zajišťuje intenzivní interakci mezi sorbenty a zpracovávaným odplynem.

Úkol vynálezu je řešen tím, že o sobě známé sorbenty jsou vháněny do proudu odplynu za pomoci nosného média ve formě jednoho nebo více proudů sorbentů pomocí jedné nebo více lancet, díky turbulentnímu promíchávání s odplyny jsou škodlivé složky adsorbovány sorbenty a poté oddělovány v následně zařazeném filtru. Přitom podle vynálezu se ve směru proudění příslušného proudu sorbentů šikmo k němu ve formě jednoho nebo více proudů dmýchá pomocné médium. Tím je dosaženo toho, že proud sorbentů je uspořádán do jednoho nebo více dílčích proudů a tím je intenzifikována interakce s odplyny.

Přitom je výhodné, když se pomocné médium dmýchá na proud sorbentů s vysokým impulsem, zejména s impulsem v souhrnu vyšším než je impuls proudu sorbentů. Tím je intenzifikován účinek dílčích proudů. Jestliže je impuls proudů pomocného média v souhrnu vyšší než je impuls proudů sorbentů, vznikají vzhledem k jejich interakci s odplynem zvláště efektivní jednotlivé proudy směsi, které sestávají ze směsi nosného média, sorbentů a pomocného média.

Dále je výhodné, když proud nebo proudy pomocného média se dmýchají v úhlu mezi osou trysky pomocného média a rovinou tvořenou výstupním průřezem proudu sorbentů nejvýše 70° vzhledem k proudu sorbentů. Při dodržení tohoto omezení je dosaženo toho, že proud pomocného média se setkává s proudem sorbentů dostatečně příkře a účinně jej rozčleňuje. Při větším úhlu jsou oba proudy interakcí s odplynem brzděny, a dochází jen k příliš malému rozčlenění proudu sorbentů.

Další výhodné vytvoření způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že proud či proudy pomocného média se setkávají s proudem sorbentů mimo střed proudu sorbentů. Přitom by měl nej menší odstup mezi osami proudů pomocného média a proudem sorbentů být 0,2 až 1,0 násobkem průměru proudu sorbentů na výstupu z lancety. Tím je dosaženo toho, že proudy pomocného média vždy jen vychylují část proudu sorbentů, a přitom jen omezeně vstupují do vzájemné interakce, která by bránila vytváření směsných proudů.

Dále je výhodné, když je pomocné médium přiváděno pomocí Lavalovy trysky. Zvláště při použití plynu nebo páry jako pomocného média při nadkritickém tlaku tak může být dosaženo maximálně možného impulsu vystupujícího proudu a tím optimálního účinku ve smyslu vynálezu.

Podle vynálezu rovněž může být tryska integrována v lancetě, s výhodou vedle výstupu proudu sorbentů z lancety. Způsob podle vynálezu zahrnuje uspořádání trysek nezávisle na lancetě. Avšak i z provozního hlediska je jednodušší, když jsou trysky integrovány do lancety a tím je počet objektů, instalovaných v kanálu odplynu, které je nutné udržovat, co možná nejmenší. Kromě toho, prostorovou blízkostí je usnadněno, aby byla požadovaná interakce vždy mezi proudem sorbentů a příslušným proudem nebo proudy pomocného média realizována co možná nejblíže na výstupu proudu sorbentů z lancety a tím zvláště efektivně ve smyslu vynálezu.

-2 CZ 310420 B6

V této souvislosti je také výhodné, když je pomocné médium tryskám lancety přiváděno pomocí kanálu integrovaného v lancetě, který je s výhodou vytvořen jako prstencový kanál obklopující přívod sorbentů. Také tímto návodem je zjednodušena manipulace s lancetou z provozního hlediska, neboť pomocné médium je v tomto případě vedeno uvnitř trubice lancety a tím je chráněno. Kromě toho je přitom usnadněno zavádění lancety do kanálu odplynu. Přívod pomocného média v prstencovém kanálu je přitom zvlášť výhodný, neboť v neposlední řadě je tím zjednodušena konstrukce lancety.

Jako pomocné médium se s výhodou použije plynné médium, zejména vzduch. Použití plynného pomocného média má tu výhodu, že jsou dosaženy účinky vynálezu aniž by bylo nutno přidávat kapaliny, zejména vodu, do odplynu, a tím zvyšovat rosný bod. Přitom je zvláště vhodný vzduch, který může být dodáván dmychadlem nebo zejména také jako stlačený vzduch ze sítě stlačeného vzduchu, která je většinou již přítomná.

Dále může být výhodné, když se jako pomocné médium použije vodní pára. To pak je případ, kdy jsou škodlivé složky nebo část škodlivých složek navíc vázány vodní párou a vodní páraje nákladově příznivě k dispozici.

V tomto smyslu může být také výhodné, když se místo vodní páry použije jako pomocné médium kapalina, zejména také voda. Ta je především alternativou vodní páry, když ta není nákladově příznivě k dispozici a když chladicí účinek kapaliny, zejména vody, ve srovnání s vodní párou není kritický z hlediska rozdílu mezi teplotou odplynu a teplotou rosného bodu.

Dále je výhodné, když se jako kapalina použije voda nebo vodný roztok reakčních činidel. Tím je zlepšena adsorpce škodlivých složek jako např. rtuti přítomné ve formě solí, neboť tato reakční činidla díky řešení podle vynálezu zvlášť efektivně vstupují do interakce s odplynem.

Další výhodné vytvoření způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že se jako pomocné médium použije směs plynného média a kapaliny. Toto řešení zlepšuje způsob tehdy, když je výhodné použít kapalinu, zejména vodu nebo vodný roztok reakčních činidel, avšak zároveň má být vytvořen vysoký impuls, aniž by bylo do odplynu přiváděno větší množství vody. Zvláště účelné přitom je směšovat vodný roztok reakčních činidel se stlačeným vzduchem na vstupu do lancety nebo bezprostředně před tryskami. Přitom je dále výhodné, když se kapalina přivádí do plynného média jemně rozprášená, čímž je směs v tryskách optimálně urychlována a jsou vytvářeny proudy pomocného média s maximálním impulsem rovnoměrně rozdělenými kapičkami rozprášené kapaliny.

Objasnění výkresů

Vynález bude podrobněji objasněn za pomoci následujícího příkladu uskutečnění a připojených výkresů, ve kterých představuje:

obr. 1 příklad uspořádání pro úpravu spalin uhelné elektrárny podle vynálezu;

obr. 2 jednu ze tří lancet v kanálu spalin; a obr. 3 detail lancety v řezu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Obr. 1 znázorňuje příklad uspořádání pro úpravu spalin uhelné elektrárny podle vynálezu, určené zejména pro snížení koncentrace rtuti ve spalinách. V kanálu 1 odplynu proudí 500 000 m³ spalin s obsahem rtuti 20 pg/m³. Toto zatížení má být sníženo na 5 pg/m³.

-3 CZ 310420 B6

V kanálu 1 odplynu jsou zabudovány lancety 2, jejichž výstupní otvory jsou orientovány proti proudu spalin. Funkce lancet 2 je znázorněna pomocí obr. 2 a obr. 3. Obr. 2 přitom znázorňuje separátně jednu ze tří lancet 2 v kanálu 1 odplynu. Každá lanceta přivádí následující média:

I - jako sorbent je pneumaticky přiváděno 25 kg/h práškového aktivního uhlí s 250 Nm³/h vzduchu;

II - jako část pomocného média 100 Nm³/h stlačeného vzduchu při přetlaku 6 bar;

III - jako reakční činidlo a další část pomocného média 15 1/h objemově 30% roztoku bromidu sodného zředěného ve 100 1/h vody.

Médium III se zavádí do média II vně kanálu 1 odplynu bezprostředně před vstupem do lancety 2 přes rozprašovací trysku 3. Takto vzniklá směs se přivádí v prstencovém kanálu 4 do hlavy 5 lancety, která je v detailu znázorněna na obr. 3. Prstencový kanál 4 zde ústí ve třech Lavalových tryskách 6, ve kterých je směs urychlována a směrována šikmo na proud média I vystupující z hlavní trysky 7. Přitom jsou Lavalovy trysky 6 orientovány tak, že proudy z ní vystupující se setkávají s proudem média I mimo střed, a přitom se vzájemně podstatně neovlivňují. Tím jsou vytvářeny tři proudy, které sestávají z médií I, II a III a s velkým impulsem vstupují do interakce se spalinami.

Obr. 1 dále ukazuje, že aktivní koks ze zásobního sila 8 se přivádí pomocí dávkovači nádoby 9 přes dávkovači šnek 10 řízený počtem otáček do proudu vzduchu vytvářeného dmychadlem 11. který je pomocí pneumatického dopravníkového vedení 12 přiváděn třem lancetám 2 jako médium L Jako médium II se v kompresoru 13 vyrábí stlačený vzduch a přivádí se lancetám 2. Médium III se vyrábí pomocí dávkovačích čerpadel 14 a 15 z roztoku bromidu sodného a vody, které jsou odebírány ze zásobníkové nádoby 16 pro roztok bromidu sodného a zásobníkové nádoby 17 pro vodu a přiváděny rozprašovacím tryskám 3.

Vynález se souhrnně týká zařízení a způsobu pro odstraňování škodlivých složek z odplynů, při kterém se do proudu odplynu vhánějí sorbenty pomocí nosného média ve formě jednoho nebo více proudů sorbentů, zejména pomocí jedné nebo více lancet, díky turbulentnímu promíchávání s odplyny se škodlivé složky adsorbují sorbenty a poté se oddělují na dále zařazeném filtru. Podle vynálezu se pomocné médium pomocí jedné nebo více trysek dmýchá ve formě jednoho nebo více proudů ve směru proudění příslušného proudu sorbentů šikmo k němu, takže proud sorbentů se rozčleňuje do jednoho nebo více dílčích proudů. Díky tomuto způsobu je relativně jednoduchými technickými prostředky a s relativně nízkou energetickou náročností zajištěna intenzivní interakce mezi sorbenty a upravovaným odplynem a tím je dosaženo vysokého stupně oddělení škodlivých složek.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob pro odstraňování škodlivých složek z odplynů, při kterém se do proudu odplynu vhánějí sorbenty pomocí nosného média ve formě jednoho nebo více proudů sorbentů, při turbulentním promíchávání s proudem odplynu se škodlivé složky adsorbují pomocí sorbentů a poté se oddělují na dále zařazeném filtru, vyznačující se tím, že pomocí jedné nebo více trysek se ve směru proudění příslušného proudu sorbentů šikmo k němu ve formě jednoho nebo více proudů dmýchá pomocné médium, takže proud sorbentů se rozčleňuje do jednoho nebo více dílčích proudů.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pomocné médium se dmýchá na proud sorbentů s impulsem v souhrnu vyšším než je impuls proudu sorbentů.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že proud nebo proudy pomocného média se dmýchají v úhlu mezi osou trysky pomocného média a rovinou tvořenou výstupním průřezem proudu sorbentů nejvýše 70° vzhledem k proudu sorbentů.
4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že proud nebo proudy pomocného média se setkávají s proudem sorbentů mimo střed proudu sorbentů.
5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že tryska pomocného média je Lavalova tryska.
6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že proud sorbentů se vhání do proudu odplynu pomocí lancety a tryskaje integrována v lancetě, s výhodou vedle výstupu proudu sorbentů z lancety.
7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že pomocné médium je trysce lancety přiváděno pomocí kanálu integrovaného v lancetě, který je s výhodou vytvořen jako prstencový kanál obklopující přívod sorbentů.
8. Způsob podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že jako pomocné médium se použije plynné médium, zejména vzduch.
9. Způsob podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že jako pomocné médium se použije vodní pára.
10. Způsob podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že jako pomocné médium se použije kapalina, zejména voda nebo vodný roztok reakčních činidel.
11. Způsob podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že jako pomocné médium se použije směs plynného média a kapaliny.
12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že kapalina se přivádí do plynného média jemně rozprášená.
13. Zařízení pro provádění způsobu podle některého z předcházejících nároků, zahrnující kanál (1) odplynu pro vedení proudu odplynu, lancetu (2) pro vhánění proudu sorbentů do proudu odplynu a filtr pro oddělování škodlivých složek, které jsou adsorbovány sorbentem, po proudu za lancetou (2), vyznačující se tím, že má dále jednu nebo více trysek (6) pro dmýchání pomocného média, přičemž tryska nebo trysky (6) jsou vytvořeny pro dmýchání pomocného média jako jednoho nebo více proudů šikmo ke směru proudění směrovaných paprsků, takže proud sorbentů je rozčleněn do jednoho nebo více dílčích proudů.