CZ31805U1 - Zařízení pro suché čištění spalin - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro snižování emisí s využitím suchého způsobu čištění spalin, zvláště ze spalování odpadů, pomocí sorbentů na bázi sody, zejména sírou impregnovaného anorganického sorbentu par rtuti.

Dosavadní stav techniky

Spalování směsných městských odpadů a jiných odpadů vyžaduje čištění spalin - tj. podstatné snížení koncentrací prachových částic, kyselých plynů (SO2, HC1, HF), NO_X, těžkých kovů a látek typu POP (persistentních organických polutantů) ve spalinách. Čištění spalin se v současné době běžně provádí pomocí kombinace filtračních zařízení pro odstranění prachu jako jsou látkové filtry či elektrostatické filtry, mokré nebo mokro-suché vypírky kyselých plynů, využití selektivní nekatalytické redukce (SNCR) nebo selektivní katalytické redukce (SCR) pro snižování emisí NO_X, a aktivního uhlí bez impregnace nebo impregnovaného pro dočištění spalin od rtuti a jiných těžkých kovů a některých látek typu POP (jako např. PCDD/F - polychlorované dibenzodioxiny a polychlorované dibenzofurany). Nověji český užitný vzor č. 30 584 navrhuje testovací zařízení pro komplexní čištění spalin suchou cestou pomocí současného odstranění popílku, zreagovaného sodného typu sorbentu (po odstranění SO2, HC1 a HF) a katalytického odstranění NO_X, případně dalších polutantů typu POP pomocí speciálních filtrů s katalytickými účinky. Toto zařízení a způsob odstraňování polutantů ze spalin podle UV 30 584 však neuvažuje současné odstranění rtuti ze spalin. Předkládané technické řešení si klade za cíl poskytnout chybějící článek v suchém, komplexním čištění spalin, spočívající v odstranění rtuti ze spalin spolu s ostatními polutanty. Navržení zařízení ke snižování celkových emisí včetně emisí rtuti přispěje ke zjednodušení celé technologické linky čištění spalin a umožní stavbu zařízení na čištění spalin v kompaktnějším a levnějším uspořádání.

Podstata technického řešení

Předkládané technické řešení poskytuje zařízení pro čištění spalin, které koncentruje odstraňování prachu, kyselých plynů, těžkých kovů a látek typu POP do jednoho stupně zachycení a odloučení, přičemž tento stupeň zachycení a odloučení je s výhodou ve formě látkového filtru. Není proto potřeba několika oddělených stupňů odlučování a zachycení, jako jsou například prachové filtry, mokré vypírky se skrubrem, dočištění spalin pomocí aktivního uhlí. To vede k výraznému zjednodušení čistící linky pro spaliny.

Zařízení ve výhodném provedení obsahuje sírou impregnovaný minerální sorbent, s výhodou na bázi sody, zeolitu, bentonitu a/nebo křemeliny. To zároveň umožňuje transformaci emisí těžkých kovů (hlavně rtuti) na ekologicky přijatelnou formu simíků.

Zařízení se suchým odstraňováním polutantů pracuje za teplot nad rosným bodem vodních par i případných par kyseliny sírové ve spalinách, takže nehrozí zvýšená koroze kovových částí v čistící lince. Oproti mokré vypírce také odpadá nutnost dodatečného vodního/kalového hospodářství.

Předmětem předkládaného technického řešení je zařízení pro čištění spalin, které obsahuje vstup spalin ústící do spalinovodu, přičemž spalinovod je opatřen alespoň dvěma dávkovači pevných sorbentů, do nichž jsou zaústěny zásobníky pevných, partikulárních sorbentů. Spalinovod ústí do reaktoru opatřeného jedním stupněm zachycení a odloučení pevných sorbentů se zachycenými (sorbovanými) polutanty. Tímto stupněm zachycení a odloučení je s výhodou látkový filtr.

- 1 CZ 31805 U1

Z reaktoru je veden alespoň jeden výstup sorbentů a popílku, a alespoň jeden výstup přečištěných spalin, který může být opatřen ventilátorem pro rychlejší odvod spalin a dále veden do komína.

S výhodou mohou dávkovače obsahovat pneumo-transport. S výhodou mohou být také dávkovače uspořádány pro dávkování pevného sorbentů přímo do proudu spalin.

Ve výhodném provedení obsahuje alespoň jeden zásobník pevný, partikulární sorbent, kterým je sírou impregnovaný minerální sorbent, zejména na bázi sody, zeolitu, bentonitu a/nebo křemeliny, a alespoň jeden zásobník obsahuje minerální sorbent pro sorpci látek typu persistentních organických polutantů (POP). Minerální sorbenty pro sorpci látek typu persistentních organických polutantů (POP) jsou běžně komerčně dostupné, například pod obchodním názvem Minsorb Dx. Pro lepší odstranění těkavých forem těžkých kovů, např. rtuti, je vhodné použití minerálního sorbentů, jako je soda, zeolit, Minsorb Dx, bentonit, křemelina, impregnovaného sírou, a pro lepší odstranění látek typu POP (jako např. polycyklické aromatické uhlovodíky a polychlorované dioxiny) je vhodné použít minerální sorbent zeolitického typu (např. Minsorb Dx), který se vyznačuje velkým měrným povrchem a komplexní, bohatou porézní vnitřní strukturou.

V dalším výhodném provedení může alespoň jeden zásobník sorbentů obsahovat práškový tuhý sorbent na bázi NaHCOa nebo hydrátů sody pro „in-situ vytvoření aktivní formy sody k odstranění kyselých plynů ze spalin pomocí rychle probíhajících chemických reakcí kyselých plynů s tuhými částicemi aktivní sody. NaHCCh nebo hydráty sody zde mají funkci prekursoru aktivní sody.

Alespoň jeden zásobník může obsahovat směs dvou nebo více z uvedených sorbentů, tj. prekursoru aktivní sody, minerálního sorbentů impregnovaného sírou, a minerálního sorbentů.

Zařízení podle předkládaného technického řešení umožňuje vícenásobnou separaci polutantů pomocí různých tuhých sorbentů, a následné odstranění zreagovaných částic sorbentů v jednom odlučovacím stupni, např. multi-filtru, zejména látkovém filtru. Je tak vytvořeno zjednodušené suché čistící zařízení spalin, schopné čistit spaliny pomocí obecně směsi minerálních sorbentů. Zařízení ve výhodném provedení obsahuje v zásobnících minerální sorbenty, přičemž alespoň jeden z minerálních sorbentů je impregnovaný sírou a slouží hlavně k sorpčnímu odstranění par rtuti a sloučenin rtuti ze spalin a odpadních plynů.

Sorbenty, například prekursor aktivní sody, minerální sorbent impregnovaný sírou, např. aktivní soda impregnovaná sírou, a minerální sorbent, např. zeolitického typu, se uvádí do kontaktu se spalinami či odpadními plyny za teplot 110 až 250 °C (s výhodou 130 až 170 °C), a proud spalin s unášenými tuhými částicemi (popílek, soda, zreagovaná soda a další minerální sorbenty) se potom dále vede přes odlučovací stupeň, např. látkové filtry, kde se odstraňují tuhé částice z proudu spalin.

Výhoda zařízení spočívá v tom, že v jednom čisticím stupni s látkovými filtry se suchou cestou odstraňují všechny zájmové polutanty s výjimkou NO. Zároveň rtuť a případně další těžké kovy a jejich sloučeniny mohou být převedeny pomocí síry na velmi málo rozpustnou formu simíků.

Čisticí trať pro spaliny s dávkováním tuhých sorbentů a s látkovými filtry umožňuje jednokrokové čištění spalin od tuhých znečišťujících látek, kyselých složek plynu, látek typu POP (polyaromatické uhlovodíky, PCDD/F, atd.) a odstranění různých forem rtuti (Hg°, Hg²⁺, Hg_p) ze spalin. Pro snižování emisí NO_X je možné využít např. metodu SNCR spočívající v přídavku NFF do spalin za teplot 800 až 1000 °C. Čištění spalin od hlavních polutantů (s výjimkou NO_X) je soustředěno do dvou kroků - dávkování sorbentů do proudu spalin a separačního kroku s využitím látkových filtrů.

-2CZ 31805 U1

Reaktor s filtry pro čištění spalin je s výhodou proveden ve tvaru válce, který může při tangenciálním přívodu spalin sloužit současně jako cyklónový odlučovač hrubšího prachu, a jehož dolní podstava (např. ve tvaru násypky) je uzpůsobena pro odvod pevných částic odloučených v reaktoru. Dále je filtrační reaktor vybaven alespoň jedním látkovým filtrem. Pracovní teplota v reaktoru s filtry je (hlavně podle rosného bodu spalin) přibližně v rozsahu 110 až 250 °C. Rtuť zachycená sorbenty je transformována vlivem impregnace sírou na HgS - což je jediná netoxická forma rtuti (pro skladování, manipulaci a ukládání na skládky).

Objasnění výkresů

Uvedené technické řešení je schematicky znázorněno na Obr. 1. Schéma znázorňuje uspořádání zařízení s odděleným dávkováním sorbentu na bázi prekurzoru sody do spalin a dávkování minerálního sorbentu impregnovaného sírou spolu s minerálním sorbentem (např. zeolitickým sorbentem Minsorb Dx) pro sorpci zbytkových látek typu POP (např. PAU a PCDD/F) se separací tuhých částic popílku a sorbentu ze spalin pomocí látkových filtrů.

Příklad uskutečnění technického řešení zařízení

Na obr. 1 je schematicky znázorněno zařízení pro suché čištění spalin pomocí sorbentu na bázi sody pro odstranění kyselých plynů (hlavně HC1 a SO2) a odstranění rtuti ze spalin pomocí dalšího sorbentu založeného na sodě impregnované sírou nebo bentonitu impregnovaném sírou. Pro odstranění zbytků POP látek ze spalin (např. polycyklických aromatických uhlovodíků a polychlorovaných dioxinů) je použit anorganický zeolitický sorbent Minsorb Dx s měrným povrchem 110 m/g. Spaliny vstupují do zařízení vstupem _l_ spalin ústícím do spalinovodu 2. Do proudu spalin o teplotě 160 °C ve spalinovodu 2 se dávkuje práškový NaHCO3 o velikosti částic pod 100 mm ze zásobníku 3 pomocí dávkovacího zařízení 4, kterým je kombinace šnekového dávkovače a pneumo-transportu pomocí mírně předehřátého dusíku o teplotě 60 °C. Množství dávkovaného NaHCCh je takové, aby se zajistil přibližně 1,3 násobný stechiometrický přebytek sody oproti látkovému toku kyselých složek plynu (HC1 + SO2 + NO2). Dále po proudu spalin se dávkuje ze zásobníku 5 pomocí dávkovacího zařízení 6, sestávajícího ze šneku a pneumotransportu, směs práškového sorbentu látek POP na bázi anorganického sorbentu Minsorb Dx a sody impregnované sírou s obsahem síry 1,2 hm. %. Hmotový tok sorbentu se sírou je takový, aby látkový tok síry v sorbentu byl minimálně 50násobný oproti celkovému látkovému toku rtuti (ve všech formách) ve spalinách. Zeolitický sorbent Minsorb je dávkován tak, aby jeho koncentrace ve spalinách dosahovala minimálně 1 mg/Nm³ spalin. Velikost částic sody impregnované sírou a sorbentu Minsorb Dx je pod 60 mm (1 až 60 pm), kde většina částic má velikost pod 20 pm. Částice popílku unášené spalinami spolu s částicemi zreagovaného sodného sorbentu, sorbentu rtuti a sorbentu POP látek se zachycují v reaktoru 7 na látkovém filtru s povrchovou membránou pro účinné zachycení prachu o velikosti částic pod 2 mm. Filtrační rychlost plynu je asi 1,5 cm/s a teplota plynu při filtraci je přibližně 140 °C. Při koncentraci HC1 ve spalinách 300 mg/Nm³ a koncentraci SO2l50mg/m³ se dosahuje za látkovými filtry koncentrace HC1 asi 9 mg/m a koncentrace SO2 asi 20 mg/Nm³. Koncentrace par elementární rtuti ve spalinách, měřená za látkovými filtry, je přibližně 13 pg/Nm³ při koncentraci všech forem rtuti v surových spalinách okolo 40 mg/Nm³. Látky typu POP a PCDD/F splňovaly předepsané emisní limity.

Zreagované sorbenty se odvádí z reaktoru 7 výstupem 8 sorbentů a popílku. Přečištěné spaliny se odvádí z reaktoru 7 výstupem spalin pomocí spalinového ventilátoru 9 do komína 10.

Claims (9)

1. Zařízení pro suché čištění spalin, které obsahuje vstup (1) spalin ústící do spalinovodu (2) ústícího do reaktoru (7), přičemž z reaktoru (7) je veden alespoň jeden výstup (8) sorbentů a popílku, a alespoň jeden výstup přečištěných spalin, vyznačující se tím, že spalinovod (2) je opatřen alespoň dvěma dávkovači (4, 6) pevných sorbentů, do nichž jsou zaústěny zásobníky (3, 5) pevných sorbentů, a tím, že reaktor (7) je opatřen jedním stupněm pro zachycení a odloučení pevných sorbentů se zachycenými, sorbovanými polutanty.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že stupněm zachycení a odloučení je s výhodou látkový filtr nebo soustava látkových filtrů.

3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že výstup přečištěných spalin je opatřen spalinovým ventilátorem (9) a dále veden do komína (10).

4. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že alespoň jeden dávkovač (4, 6) obsahuje pneumotransport.

5. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že dávkovače (4, 6) jsou uspořádány pro dávkování pevného, práškového sorbentů přímo do proudu spalin.

6. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že alespoň jeden zásobník (3, 5) pevného sorbentů obsahuje sírou impregnovaný minerální sorbent, zejména na bázi sody, zeolitu, bentonitu a/nebo křemeliny, a alespoň jeden zásobník (3, 5) pevného sorbentů obsahuje minerální sorbent pro sorpci látek typu persistentních organických polutantů.

7. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že alespoň jeden zásobník (3, 5) pevného sorbentů obsahuje práškový tuhý sorbent na bázi NaHCCF nebo hydrátů sody.

8. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že alespoň jeden zásobník (3, 5) pevného sorbentů obsahuje směs dvou nebo více sorbentů vybraných z práškového tuhého sorbentů na bázi NaHCCF nebo hydrátů sody, minerálního sorbentů impregnovaného sírou, a minerálního sorbentů.

9. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že reaktor (7) je ve tvaru válce, jehož dolní podstava je uzpůsobena pro odvod pevných částic odloučených v reaktoru, s výhodou je dolní podstava ve tvaru násypky.