CZ51098A3

CZ51098A3 - Způsob reaktivace sorbentu umožňující jeho opětovné použití

Info

Publication number: CZ51098A3
Application number: CZ98510A
Authority: CZ
Inventors: John H. Chiu
Original assignee: Abb Research Ltd.
Priority date: 1995-08-21
Filing date: 1996-07-29
Publication date: 1998-07-15
Also published as: IN188644B; CN1199353A; SE9800396D0; TW397706B; SE9800396L; CA2230019C; CA2230019A1; WO1997006889A1; KR19990044099A; FI980394A; CN1104946C; KR100312360B1; FI980394A0; PL325057A1

Description

Způsob reaktivace sorbentu umožňující jeho opětovné použití

Oblast techniky

Vynález se týká snížení emisí oxidu siřičitého a zejmé na způsobu reaktivace sorbentu, který se vstřikuje do spalovací komory spalující fosilní palivo za účelem zachycení oxidu siřičitého, který se uvolňuje v průběhu spalování fosilního paliva ve spalovací komoře spalující fosilní palivo, přičemž, uvedená reaktivace sorbentu umožňuje jeho opětovné použití v rámci uvedeného způsobu.

Dosavadní stav techniky _ __

Je již dlouho známo použití sorbentu zahrnujícího CaO k zachycení oxidu siřičitého, který se uvolňuje v průběhu spalování fosilního paliva ve spalovacích komorách spalujících fosilní paliva. Navíc bylo prokázáno, že takový sorbent je ob_zvláště účinný při zachycování oxidu siřičitého, který se uvolňuje ve spalovací komoře s cirkulujícím fluidním ložem v průběhu spalování fosilních paliv pevné povahy. Nicméně bez ohledu na skutečnost, že bylo prokázáno, že uvedený sorbent je obzvláště účinný v případě, kdy je použit k zachycení oxidu siřičitého ve spalovacích komorách s cirkulujícím fluidním ložem, bylo zjištěno, že spotřeba sorbentu a potřeba likvidace popelu, ve kterém je obsažen uvedený sorbent a k jehož tvorbě dochází při provozu spalovací komory s cirkuluj í c ím f luidním 1 o ž em, p řed s t a vu jí h 1 a v-n í provozní náklady provozovatele spalovací komory s cirkulujícím fluidním ložem. Kromě toho se předpokládá, že tyto náklady budou stoupat tou rou, jakou se budou v budoucnosti zpřísňovat normy týkající se čistoty životního prostředí. Zvyšující se molární poměr vápníku k síře, nezbytný při odstraňování velmi vysokých obsahů síry, bude mít takto výrazný dopad na nákladovou bilanci těch noligie cirkulujícího fluidního lože, pokud by nedošlo ke sní žení spotřeby uvedeného sorbentu.

• · • · · · · · ·

- 2 Při procesu realizovaném v rámci technologie cirkulujícího fluidního lože se fosilní palivo, které může mít libovolnou formu, například formu uhlí, spaluje ve spalovací komoře systému s cirkulujícím fluidním ložem v přítomnosti rorbentu obsahujícího CaO, přičemž tento sorbent je vstřikován do spalovací komory tak, že podstupuje kalcinační a sulfa tační reakce v průběhu spalování fosilního paliva ve spalovací komoře. Takto uvedený sorbent účinně zachycuje oxid siřičitý v průběhu spalování fosilního paliva ve spalovací komoře. Přitom však nedochází k využití veškerého CaO k zachycení síry. To lze přičíst skutečnosti, že při zachycování síry se CaO v sorbentu slučuje se sírou k vytvoření síranu vápena______tého. Vzhledem k tomu, že specifický objem síranu vápenatého je vyšší než specifický objem CaO, dochází k ucpání porézní struktury sorbentu síranem vápenatým. To znamená, že dojde k pokrytí povrchu CaO vnější vrstvou síranu vápenatého, která blokuje nezreagovaný volný CaO uvnitř částic sorbentu a brání tak využití vnitřního obsahu CaO částic sorbentu pro reakci s oxidem siřičitým, což znamená, že brání dalšímu zachycení síry sorbentem.

Je rovněž známé opětovně vstřikovat uvedený popel do spalovací komory systému s cirkulujícím fluidním ložem ve snaze dosáhnout opětovného využití sorbentu obsaženého v opětovně vstřikovaném popelu. Takovéto opětovné vstřikování popelu obsahujícího sorbent však není uspokojivé, nebot v okamžiku, kdy dojde k sulfataci částic sorbentu, dojde i k za„___blokování vnitřních pórů CaO sÍránem, vápenatým.Proto k další mu zacycení síry sorbentem může dojít pouze v případě, kdy se obnaží CaO nacházející se uvnitř částic sorbentu. Pokusy obnažit vnitřní obsah CaO v částicích sorbentu byly v minulos ti učiněny, což bude patrné z dále uvedených odkazů.

Souhrně lze uvést, že v rámci dosavadního stavu techni ky bylo vyvinuto značné úsilí týkající se vyvinutí nových způsobů snížení spotřeby sorbentu, omezení likvidace pevných odpadů a zlepšení využití pevných odpadů.

• · • 9

- 3 t

V tomto ohledu lze příkladně a neomezujícím způsobem uvést patentový dokument US 342 594 týkající se způsobu odstraňování oxidů síry (SO^) na bázi fluidního lože. Podle tohoto patentového dokumentu se horké nečištěné plyny s nečistotami zahrnujícími plynný oxid siřičitý smísí ve směšovací komoře s pevným procesním materiálem obsahujícím uhličitan vápenatý, přičemž nečistoty obsahující plynný oxid síry reagují s uhličitanem vápenatým za vzniku pevného reakčního produktu. Potom se pevný procesní materiál a pevný reakční product se zachycenou nečistotou oddělí z nečistého plynu za vzniku vyčištěného plynného proudu. Dále se oddělený reakční produkt a pevný procesní materiál vrátí do směšovací komory za účelem opětovného _smíšení_s. horkým nečistým plynem.________________ > Dále lze příkladně a neomezujícím způsobem uvést patentový dokument US 345883 týkající se reaktivace sorbentu v kotli s fluidním ložem. Podle tohoto patentového dokumentu se proud štěpícího média tvořený kapalnou vodou nebo parou vstřikuje při dostatečně vysokém tlaku tak, že je nasměrován k dopadu a nárazu na částice sorbentu obsahující uvnitř nezrea govaný sorpční materiál, v důsledku čehož dojde k mechanické desintegraci částic sorbentu a k obnažení nezreagovaného sorbentu obsaženého předtím uvnitř částic sorbentu. Za tímto účelem se podle uvedeného patentového dokumentu uvedené štěpící médium vstřikuje při teplotě, která je nižší než teplota částic sorbentu v okamžiku dopadu štěpícího média na částice sorbentu, takže k desintegraci částic sorbentu dochází v důsledku tepelného šoku.Kromě toho je šcěpící médium směrováno při vstřikování takovým způsobem, že k desintegraci částic sorbentu dochází nárazem částic do terčového povrchu nebo do ostatních částic.

Rovněž lze příkladně a neomezujícím způsobem uvést patentový dokument US 5344632 týkající se způsobu snížení emise oxidů síry při spalovacím procesu. Podle tohoto patentového dokumentu se směs spalin a unášených jemných částic, • · • ·

z nichž je část tvořena částicemi vápna, které jsou nesulfátované a podstoupily chemickou konverzi na pálené vápno, zavádí při snížené teplotě do zvlhčovacího reaktoru, ve kterém snížená teplota způsobí ochlazení zaváděné směsi. Potom se do komory zavádí voda dispergovaná do formy množiny jemných vodních částic, které se odpařují a zvlhčují tak směs spalin a unášených částic, což vede v kombinaci se sníženou teplotou směsi k vytvoření tenkého povlaku alkalického roztoku hydroxidu vápenatého na povrchu části vápna. Tento alkalický roztok potom účinně absorbuje oxidy síry přítomné ve směsi spalin a unášených jemných částic za vzniku sraženin síranu vápenatého a sulfidu vápenatého.

Konečně lze příkladně a neomezujícím způsobem uvést patentový dokument US 5341753 týkající elektrárny na bázi cirkulujícího fluidního lože se zlepšeným směšováním sorbentů se spalinami. V rámci tohoto patentového dokumentu bylo zjiště no, že poměr vápník./síra požadovaný pro odstranění daného množství síry je závislý na tom, jaká hustota částic v plynném proudu musí výt vytvořena k dosažení toho, aby se do styku s částicemi oxidu vápenatého dostal dostatečný počet molekul oxidu siřičitého. V tomto ohledu je tedy žádoucí zlepšit kontakt mezi částicemi oxidu vápenatého a oxidu siřičitého. Za tím účelem se do cirkulujícího fluidního lože kotle vstřikuje pára. pro zlepšení míšení recirkulujících pevných produktů se spalinami, čímž se údajně dosáhne toho, že vápno se v cirkulujícím fluidním loži kotle účinněji využije pro odstraňování _sí.ry₌pxi_sp,a.loYá^:3.í₌ fosilních paliv obsahujících síru.__

Z obsahů výše uvedených patentových dokumentů je zřejmé, že použití odpadního popelu ze systému s cirkulujícím fluidním ložem může být zlepšeno hydratací nebo dokonce zmenšením velikosti částic popelu a následným opětovným vstřikováním odpadního popelu do spalovací komory systému s cirkulujícím fluidním ložem, čímž se dosáhne dodatečné sulfatace opětovně vstřikovaného popelu.

- 5 Kromě toho je z obsahů výše uvedených patentových dokumentů zřejmé, že je možné realizovat dodatečnou sulfataci správnou volbou místa, ve kterém se odpadní popel opětovně vstřikuje do cirkulujícího fluidního lože. Kromě způsobů popsaných ve výše uvedených patentových dokumentech jsou známé i další procesy, v rámci kterých se odpadní popel aktivuje a potom opětovně zavádí do cirkulujícího fluidního lože. Souhrně kvalifikováno, mohou být všechny tyto známé procesy aktivace a opětovného vstřikování popelu rozděleny do následujících kategorií:

a) procesy zahrnující přímé vstřikování odpadního popelu a nezahrnující jakékoliv zpracování odpadního popelu,

b) procesy zahrnují mechanickou desintegraci částic odpadního popelu prováděnou za účelem obnažení nezreagovaného CaO ukrytého uvnitř částí odpadního popelu a to ještě předtím, než je tento odpadní popel opětovně zaveden do recirkulujícího odpadního lože,

c) procesy zahrnující zvlhčování spalin a nezahrnující recyklování odpadního popelu,

d) procesy zahrnující vstřikování sorbentu do plynných spalin a nezahrnující recyklování odpadního popelu,

e) procesy zahrnující opětovné vstřikování hydratovaného odpadního popelu v suché formě,

f) procesy zahrnující opětovné vstřikování hydratovaného odpadního popelu ve vlhké formě a

g) procesy zahrnující opětovné vstřikování hydratovaného popelu ve formě hutné suspenze.

Jakkoliv jsou všechny tyto známé procesy aktivace a opětovného vstřikování popelu prezentovány jako účinné v rámci zymýšleného účelu, nebyly tyto procesy aktivace a opětovného • · • · • ·

vstřikovány odpadního popelu v rámci dosavadního stavu techniky dále zlepšovány. Na druhé straně byla v rámci dosavadního stavu techniky indikována potřeba nalezení nových a zlepšených způsobů zdokonaleného zachycování oxidu siřičitého, který se uvolňuje v průběhu spalování fosilního paliva ve spalovací komoře spalující fosilní paliva a zejména nových zlepšených způsobů opětovného použití sorbentu, který se vstřikuje do spalovací komory systému s cirkulujícím fluidním ložem za účelem zachycení oxidu siřičitého, který se uvolňuje v průběhu spalování fosilního paliva ve spalovací komoře systému s cirkulujícím fluidním ložem.

V rámci dosavadního stavu techniky byla takto zjištěna potřeba nalezení nového a zlepšeného způsobu reaktivace sorbentu za účelem jeho opětovného použití, který je charakterizován následujícími požadavky. Jedním z těchto požadavků je to, že by tento nový a zlepšený způsob reaktivace sorbentu za účelem jeho opětovného použití měl umožnit podstatné snížení množství vápna, které by jinak bylo žádoucí pro dosažení zachycení stejného množství oxidu siřičitého, tj. měl umožnit dosažení nižšího poměru Ca/S, než jakého by bylo zapotřebí pro dosažení zachycení stejného množství SC^·

Dalším požadavkem je, že by takový nový a zlepšený způsob reaktivace sorbentu za účelem jeho opětovného použití měl umožnit podstatné snížení množství odpadního popelu, které je nezbytné zlikvidovat.

Třetím požadavkem je, že by uvedený nový a zlepšený způsob reaktivace sorbentu za účelem jeho opětovného použití měl umožnit podstatné snížení množství Ca v odpadním popelu určeném k likvidaci a tím umožnit lepší likvidovatelnost odpadního popelu.

Čtvrtým požadavkem je, že by uvedený nový a zlepšený způsob reaktivace sorbentu za účelem jeho opětovného použití měl být realizovatelný bez jakýchkoliv modifikací spalovacího procesu, při kterém se fosilní palivo spaluje ve spalovacích • 0

komorách pro spalování fosilních paliv, ve kterých se uvolňuje oxid siřičitý, jehož zachycení se provádí za použití sorbentu.

Čtvrtým požadavkem je, že by uvedený nový zlepšený způsob reaktivace sorbentu za účelem jeho opětovného použití měl být realizovatelný bez jakýchkoliv významných úprav spalovacích komor pro spalování fosilních paliv, ve kterých se spa lují fosilní paliva za současného uvolňování oxidu siřičitého, jehož zachycení se provádí pomocí sorbentu.

Šestým požadavkem je, že by uvedený nový zlepšený způsob reaktivace sorbentu za účelem jeho opětovného použití měl být realizovatelný v jakémkoliv typuspalovací komory pro spalování fosilních paliv, ve kterých se spaluje fosilní palivo za současného uvolňování oxidu siřičitého, jehož zachycování se provádí za použití sorbentu.

Sedmým požadavkem je, že by uvedený nový zlepšený způsob reaktivace sorbentu za účelem jeho opětovného použití měl být vhodný pro použití v nových spalovacích komorách pro spalování fosilních paliv.

Osmým požadavkem je, že by uvedený nový a zlepšený způsob reaktivace sorbentu za účelem jeho opětovného použití měl být vhodný pro použití v již existujících spalovacích komorách pro spalování fosilních paliv.

Cílem vynálezu je tedy poskytnout nový a zlepšený způsob reaktivace sorbentu za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který se injikuje do komory pro spalování fosilního paliva za účelem zachycení oxidu siřičitého, který se uvolňuje v průběhu spalování fosilního paliva ve spalovací komoře pro spalování fosilních paliv.

Dalším cílem vynálezu je poskytnout nový a zlepšený způsob, který by byl zejména vhodný k použití pro reaktivaci sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který se injikuje do spalovací komory systému s fluidním ložem za účelem zachycení • 4 • · • · • · • · • · · β • · · · • · * · ·

4 4

44 oxidu siřičitého, který se uvolňuje v průběhu spalování fosilního paliva ve spalovací komoře systému s fluidním ložem.

Dalším cílem vynálezu je poskytnout nový zlepšený způsob reaktivace za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který by byl charakterizován tím, že by jeho použitím bylo umožněno dosáhnout výrazného snížení množství sorbentu, které by bylo nezbytné jinak použít k dosažení stejné míry zachycení oxidu siřičitého.

Dalším cílem vynálezu je poskytnout nový a zlepšený způsob reaktivace provedené za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který by byl charakteriz o ván tím, žer by jeho použitím bylo mo ž né dosáhnout výra z -něho-------snížení množství odpadního popelu, který by jinak bylo nezbytné likvidovat.

Dalším cílem vynálezu je poskytnout nový a zlepšený způsob reaktivace provedené za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který by byl charakterizován tím, že by jeho použitím bylo možné dosáhnout výrazného snížení množství Ca přítomného v odpadním popelu, který by případně musel být likvidován, čímž se umožní snadnější provedení likvidace odpadního popelu.

Dalším cílem vynálezu je poskytnout nový a zlepšený způsob reaktivace provedené za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který by byl charakteri_ . „ ,„₌ zován_.tím/,, že by jeho realizace nevyžadp-Va 1 a ,žádné ..procesnt ₌_______ úpravy spalovacího procesu, při kterém se fosilní palivo spaluje ve spalovacích komorách pro spalování fosilních paliv, přičemž se uvolňuje oxid siřičitý, jehož zachycení se provádí za použití sorbentu.

Dalším cílem vynálezu je poskytnout nový a zlepšený způsob reaktivace provedené za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který by byl charakterizován tím, že by jeho realizace nevyžadovala výraznější mo9 A · · ·

9 · A A · * * ·«·«·· ·· «♦· · A 9 AAA A ··

A«AA AA ·· 9999 99 difikace spalovací komory pro spalování fosilních paliv, ve které se provádí spalování fosilního paliva, při kterém se uvolňuje oxid siřičitý, jehož zachycení se provádí použitím sorbentu.

Dalším cílem vynálezu je poskytnout nový a zlepšený způsob reaktivace provedené za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který by byl charakterizován tím, že by mohl být realizován v libovolném typu spalovací komory pro spalování fosilního paliva, ve které dochází k uvolňování oxidu siřičitého, jehož zachycení se provádí za použití sorbentu.

----------- Da1ším cílem vyná 1ezu je- poskytnout nový a z 1apšený způ sob reaktivace provedené za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který by byl charakterizován tím, že by byl realizovatelný v nových spalovacích komorách pro spalování fosilních paliv.

Konečně posledním cílem vynálezu je poskytnout nový a zlepšený způsob reaktivace provedené za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který by byl charakterizován tím, že by byl zpětně realizovatelný i v již existujících spalovacích komorách pro spalování fosilních paliv.

Podstata vynálezu

V rámci vynálezu je poskytnut způsob reaktivace provedené za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezrea govaný CaO, který se vstřikuje do spalovací komory pro spalování fosilních paliv za účelem zachycení tímto sorbentem oxidu siřičitého, který se uvolňuje v průběhu spalování fosilního paliva ve spalovací komoře pro spalování fosilních paliv. Při způsobu podle vynálezu pro reaktivaci provedenou za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO se tato reaktivace sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO

- 10 provádí parní reaktivací. Za tímto účelem se odpadní popel, který odpadá při spalování fosilního paliva ve spalovací komoře pro spalování fosilních paliv a který obsahuje částice sorbentu obsahující nezreagovaný CaO, vystaví účinku páry, která má předem stanovenou teplotu a předem stanovený parciální tlak. V důsledku tohoto působení páry na odpadní popel se nezreagovaný CaO obsažený v částicích sorbentu přítomných v odpadním popelu převede na Ca(OH)2 mechanismem reakce CaO obsaženého v částicích sorbentu s párou. Kromě toho vzhledem k tomu, že objem CaíOH^ je větší než objem CaO, způsobí toto zvětšení objemu rozlámání částic sorbentu, které dříve obsahovaly nezreagovaný CaO, avšak nyní obsahují CaíOH^, přičemž se ten to Ca (OH ) obnaží.. v důs 1 edku des int egr ace části c so r -___________ bentu. Po uvedeném působení páry v rámci způsobu podle vynálezu se odpadní popel, který nyní obsahuje částice sorbentu obsahující Ca(OH)2 a nikoliv Cao, opětovně vstřikuje do spalovací komory pro spalování fosilního paliva, ze které byl odpadní popel předtím odveden. Odpadní popel obsahující nyní částice sorbentu s obsahem Ca(OH)2 se opětovně vstřikuje do spalovací komory pro spalování fosilních paliv v místě spalovací komory, ve kterém je teplota dostatečně vysoká, například vyšší než 580 °C, k tomu, aby došlo ke konverzi CaíOH^ obsaženého v částicích sorbentu obsažených v opětovně zaváděném odpadním popelu na původně přítomný CaO, čímž uvedená reaktivace sorbentu přítomného v odpadním popelu učiní tento sorbent znovu účinným pro zachycení oxidu siřičitého, který se uvolňuje v průběhu spalování fosilního paliva ve spalovací komoře pro spalování f os líních paliv. ' ' -=™= —Stručný popis obrázků

Obr.l znázorňuje bokorys jedné formy spalovací komory pro spalování fosilního paliva, tj. systému Scirkulujícím fluid ním ložem, ve kterém může být realizován způsob podle vynálezu, obr.2 znázorňuje grafické zobrazení disociačního tla-

• · ·· ··

-11ku v závislosti na teplotě založené na termodynamických rozvahách, a obr.3 znázorňuje grafické zobrazení konverze hydratovaného létavého popílku oxidem siřičitým.

Příklady provedení vynálezu

Na obr.1 je zobrazena jedna z možných forem generátorového systému pro spalování fosilních paliv, ve kterém může být realizován způsob podle vynálezu. V rámci nejlepšího způsobu provedení vynálezu obsahuje spalovací komora pro spálová ní fosilních paliv zobrazená na obr.1 systém s cirkulujícím fiuidním ložem, který je na obr. 1.....obecně označen vztahovou-........

značkou 1 0. Fosilní palivo, kterým je nejčastěji uhlí, se spo léčně se sorbentem, kterým je nejěastěji vápno, zavádějí ve směru šipky 12 do spalovací komory 14 systému 10 s cirkulujícím fiuidním ložem. Primární fluidizační vzduch, který byl předběžně předehřát, se přivádí známý způsobem ve směru šipky 16 do přetlakové vzduchové komory 1 8, která se nachází ve spodní části spalovací komory 14 pod distribuční deskou 20 pro rovnoměrné rozdělení přiváděného vzduchu.

Do spalovací komory 14 se také přivádí spalování podpo rující vzduch ve směru šipek 22 a 24. Popel, který vzniká jak produkt spalování ve spalovací komoře 14 spalováním fosilního paliva přiváděného ve směru šipky 1 6, se ze spalovací komo ry 14 odvádí vedením 26 a přes chladič 28 popelu.

Spodní část spalovací komory 14 zahrnující primární spalovací zónu je v souladu s obvyklou praxí opatřena žáruvzdorným vyložením za účelem eliminace vysokých tepelných ztrát. Horní část spalovací komory 14 zase obsahuje obvyklý systém odpařovacích trubek, ve kterých se tvoří pára.

Spaliny tvořící se jako produkt spalování fosilního paliva zaváděného ve směru šipky 16 ve spalovací komoře 14 se společně s pevnými podíly, které jsou unášeny spalinami, odvádí ze spalovací komory 14 vedením 30 do cyklonového odlučovače 32. V tomto cyklonovém odlučovači 32 se unášený pevný podíl oddělí od plynných spalin. Po oddělení uvedeného pevného podílu od plynných spalin v cyklonovém odlučovači 32, klesá tento pevný podíl na dno cyklonového odlučovače 32, zatímco plynné spaliny zbavené obsahu pevného podílu stoupají do vrchní části 34 cyklonového odlučovače 32. Z vrchní části 34 cyklonového odlučovače 32 se plynné spaliny, které již neobsahují pevný podíl, vedou tangenciálním vedením 36 do konvekční věže 38 systému 10 s cirkulujícím fluidním ložem, ve které jsou v souladu s obvyklou praxí uspořádány teplosměnné povrchy.

Ve spodní části cyklonového odlučovače 32 je uspořádán uzávěr 40 ve tvaru J. Funkce tohoto uzávěru 40 ve tvaru písmene J spočívá v recirkulaci pevného podílu, který se jímá v cyklonovém odlučovači 32 po jeho oddělení od plynných spalin, zpět do spalovací komory 14 proti tlaku panujícími ve spalovací komoře 14. Tento pevný podíl klesá na vstupní straně 40a uzávěru 40 a potom zase stoupá na výstupní straně 40b uzávěru 40, načež je veden zpět do spalovací komory 14 vedením 42. V souladu s obvyklou praxí je spodní část 40c uzávěru 40 vystavena fluidizačnímu účinku přiváděného vzduchu, který umožňuje proudění pevného podílu skrze uzávěr 4 0. Jak je obecně známo, odpovídá rozdíl hladin pevného podílu ve vstupní straně 40a a ve výstupní straně 40b tlakovému spádu podél uzávěru 40. V důsledku tohoto tlakového spádu vytěsňuje pevný podíl vstupující do vstupní strany 40a uzávěru 40 pevný podíl proudící z výstupní strany 4 0b -dozvědění =4-2 .,

Systém 10 s cirkulujícím fluidním ložem dále zahrnuje odtahové vedení 44 a regulační ventil proudu pevného podílu znázorněný na obr.1 šipkou 46. Jak odtahové vedení 44, tak i regulační ventil 46 jsou výhodně uspořádány ve spodní části 40c uzávěru 40. Funkce odtahového vedení 44 spočívá v zavedení požadované části, nastavené regulačním ventilem 4 6, horkého recirkulovaného pevného podílu z uzávěru 40 do externího tepelného výměníku 48 s fluidním ložem. V souladu s obvyklou praxí

- 13 je externí fluidní lože tepelného výměníku 48 tvořené jedním nebo několika odděleními 48a, přičemž do většiny oddělení 48a jsou zanořeny svazky trubek (pro zachování přehlednosti obrázku nejsou tyto svazky trubek na obrázku zobrazeny), které jsou určeny k tomu, aby plnily úlohu odpařovacích nebo./a tepelně regeneračních nebo/a teplosměnných povrchů zlepšujících energetickou bilanci procesu. Nicméně některé z oddělení 48a nemusí být vybaveny zanořenými svazky trubek. Pevný podíl, který vstupuje do externího fluidního lože tepelného výměníku 48 je fluidizován za účelem umožnění jeho průchodu skrze tento tepelný výměník 48. V průběhu průchodu uvedeného pevného podílu skrze externí tepelný výměník 48 předává pevný podíl při postupu od jednoho oddělení 4 8a k dalšímu, oddělení 4 8a teplo____________ uvedeným teplosměnným povrchům. Potom pevný podíl opouští externí fluidní lože tepelného výměníku 48 a vrací se vedením 50 zpět do spalovací komory 14.

Pevný podíl, který cirkuluje tímto způsobem v systému 10 s fluidním ložem, tj. skrze spalovací komoru 1 4, cyklonový odlučovač 32 a externí fluidní lože tepelného výměníku 48, je tvořen směsí nereaktivního popelu z fosilního paliva a částic sorbentu, které zreagovaly pouze částečně. Jádro těchto částic sorbentu obsahuje nezreagovaný CaO, zatímco plášt nebo vnější vrstva těchto částic je tvořena síranem vápenatým.

Globální zachycení oxidu siřičitého sorbentem tvořeným vápnem a přidaným do systému s fluidním ložem, jakým je například systém J_0 s cirkulujícím fluidním ložem zobrazeným na ' ™ obr.1, je tradičně popisováno dvěma následnými reakcemi, kterými jsou endotermní kalcinace a exotermní sulfatace. Exotermní sulfatace je řádná reakce a nemusí být interpretována při popisu reakěního mechanismu na molekulární úrovni. Kalcinační reakce, která se výrazně prosazuje při teplotě nad 700 °C, vytváří velmi porézní částice CaO. Když dojde k sulfatační reakci, dojde ke změně porézní struktury částic CaO vzhledem k tomu, že molární objem síranu vápenatého je větší než molár• · ní poměr CaO, a síran vápenatý má tendenci blokovat póry částic CaO v blízkosti povrchu těchto částic a tím brání další difúzi oxidu siřičitého do vnitřku částic sorbentů. Akčkoliv existují případy zcela jednotné sulfatace napříč částic nacházejících se v malých částicích létavého popílku ze systému s cirkulujícím fluidním ložem, bývá většinou tento typ heterogenní reakce modelován jako model s nezreagovaným jádrem, což umožňuje zavést následující stupně: difúze plynného oxidu siřičitého do povrchu pevné částice, penetrace a difúze oxidu siřičitého skrze vrstvu síranu vápenatého k povrchu nezreagovaného jádra a reakce oxidu siřičitého s CaO v jádře.

Nízké využ ití vápníku při zachycování oxidu siřičitého ve spalinách, které zpravidla činí pouze 25 až 45 %, má za následek vznik relativně velkého množství odpadního produktu, který je nezbytné likvidovat. Kdyby se tedy podařilo zvýšit celkové využití čerstvého sorbentů, bylo by v rámci desulfurač ního procesu dosaženo výrazného zlepšení, pokud jde o hospodář nost tohoto procesu a jeho dopad životní prostředí.

Jak již bylo uvedeno, je jedním ze způsobů, kterým se v minulosti podařilo výrazně zvýšit využitelnost sorbentů, hydratace odpadního sorbentu/popelu provedená reaktivací parou při nízké teplotě kombinovanous následnou recirkulací reaktivovaného sorbentu/popelu zpět do spalovací komory. Tato zlepšená využitelnost sorbentů hydratací se přičítá rozdílu mezi molárními objemy CaO a Ca(OH)Když je takto odpadní sorbent./popel vystaven účinku páry, vede silná afinita vody k nezreagovanému CaO k absorpci vody do pórů částic, čímž docház ke konverzi CaO na Ca(OH).

Na obr.2 je parciální tlak vody v rovnováze se směsí CaO a Ca (OH )2 zobrazen pomocí křivky 52. Tato křivka 52 ve skutečnosti reprodukuje minimální parciální tlak vodní páry v reakčním prostředí, který je nezbytný k provedení rehydratace CaO, a to v závislosti na použité teplotě. Tato křivka 52

- 15 byla získána z volných energií konverze a tepelných kapacit čistých produktů a plynů. Z obr.2 je zřejmé, že uvedená hydratace může být provedena i při vysokých teplotách, například při teplotách od 250 do 700 °C a při vysokém parciálním tlaku vody dosahujícím až 0,1 MPa nebo při tlaku ještě vyšším. Navíc je z obr.2 zřejmé, že CaíOH^ je stabilní při teplotě nižší než 450 °C a při objemové procentické vlhkosti 60 %.

V důsledku menší velikosti molekul vodní páry ve srovnání s molekulami oxidu siřičitého je takto realizovatelná penetrace vody k prvotně nevyužitým místům CaO. Kromě toho za příslušných podmínek in-situ může být rehydratace CaO na Ca(OH)2 doprovázena odpovídající objemovou změnou a následným obnažením povrchu nezreagovaného CaO, což by potom umožňovalo další zachycení oxidu siřičitého v případě, že se částice sorbentu, které byly podrobeny takové rehydrataci in sítu oxidu vápe natého, opětovně zavedou do systému s cirkulujícím fluidním ložem, například do spalovací komory 14 systému 10 s cirkulují cím fluidním ložem zobrazeným na obr.1.

Vliv teploty na hydrataci částečně sulfatovaného vápna byl předmětem několika studií. Tyto studie zjistily, že míra konverze CaO na Ca(OH)2 klesá v případě, že se zvyšuje teplota ze 100 na 300 °C a to při konstantním obsahu vlhkosti. V rámci těchto studif bylo dále zjištěno, že rychlost hydratace roste s klesající teplotou. Předpokládalo se, že je to způsobeno mechanismem, pomocí kterého vodní pára dosahuje aktivní místa CaO a že odpor proti difúzi páry je částečně způsobem zvětšením, molárního objemu, ,ke .kterému dochází v důsledku tvorby CaíOH^· Může platit, že snížení reakční rychlosti a míry konečné konverze je způsobeno ucpáním pórů, které je podobné ucpání pórů, ke kterému dochází v průběhu sulfatace, přičemž zvyšující se teplota v daném případě způsobí to, že se póry částic sorbentu ucpávají rychleji.

V rámci výše zmíněných studií bylo rovněž zjištěno, že rychlost hydratace je výrazně pomalejší v případě použití páry než při použití vody. V uvedené stupii se předpokládá, ···· ·· ·· ···· ·· ··

- 16 že tento jev je způsoben mechanismem transportu vody skrze částice sorbentu a nikoliv ucpáním pórů. Podle uvedených studií se předpokládá, že molekuly vody jsou rychle absorbovány v důsledku povrchového napětí vody, které podporuje transport vody do pórů částic sorbentu, kde voda reaguje s CaO.

Všechny experimenty, které byly provedeny v rámci uvedených studií, byly realizovány při teplotách nižších než 300 °C. Nezdá se, že by při těchto studiích byla věnována systematická pozornost provádění reaktivace při teplotách vyšších než 300 °C a to snad vzhledem k tomu, že při teplotě 300 °C se začíná výrazněji uplatňovat rozklad Ca(OH)2 a začínají být rozhodující termodynamické a kinetické faktory------Pro provedení reaktivace se zejména požaduje určitý minimální partiální tlak páry nad dekompozičním tlakem CafOH^.

Nyní bude věnována pozornost obr.3 zobrazujícím grafickou závislost s křivkami 5 4, 56 a 58. Průběhy křivek 54, 56 a 58 mohou být vysvětleny kombinací termodynamických a kinetických faktorů. Termodynamické faktory vstupují do této diskuse dvěma způsoby. Především se jedná o určení, zda při daném parciálním tlaku páry může reaktivace proběhnout při specifické teplotě, která je v souladu s křivkou 52 z obr.2. Za druhé je zde určení, zda mají termodynamické faktory vliv na reakční rychlost.

Zdá se, že vliv teploty a partiálního tlaku páry, repre - zen to váný kř i vkami 5 4, 56 a 58 z obr. 3 ,· je vv s vě 11 i telný v - - ·., případě, že rychlost reaktivace je limitována difúzí páry v povrchové vrstvě odpadního popelu. Rychlost difúze je úměrná dvěma teplotně závislým faktorům, tj.difuznímu koeficientu dělenému teplotou a hnací síle. Navíc je hnací síla rovna rozdílu parciálního tlaku páry v celém objemu parní fáze a ve středu částic sorbentu (dekompoziční tlak).

Difuzní koeficient roste se stoupající teplotou a jeho

- 17 hodnota se takto pohybuje mezi asi 1,5 a 0,5 a to v závislosti na tom, zda se jedná o globální difúzi nebo o Knudsenovu difúzi. Nicméně pro daný parciální tlak páry klesá hnací síla difúze s teplotou vzhledem k tomu, že vzrůstá parciální tlak páry ve středu částic sorbentu. Výsledkem těchto dvou protisměrně působících trendů je určité maximum reaktivační rychlos ti za předpokladu, že se difuzní koeficient mění s teplotou na hodnotu vyšší ne 1. Výsledný průběh znázorněný křivkami 54, 56 a 58 na obr.3 ukazuje, že reakční rychlost stoupá se stoupající teplotou k určitému maximu vzhledem k tomu, že stoupá difuzní koeficient. Dále při teplotě vyšší, než je uvedená teplota odpovídající maximální reakční rychlosti, reakční rychlost klesá vzhledem k tomu, že klesá ihnací síla, a------dosahuje nuly v případě, kdy globální difúze je rovna dekompozičnímu tlaku.

Odpadní popel, který má být podroben parní reaktivaci v souladu se způsobem podle vynálezu, může být získán v několika místech systému 10 s cirkulujícím fluidním ložem. Odpadní popel, který bude podroben parní reaktivaci provedené způso bem podle vynálezu, může být zejména získán z chladiče 28 popelu nebo z uzávěru 40 anebo z externího fluidního lože tepelného výměníku. Kromě toho se v rámci způsobu podle vynálezu předpokládá, že reaktivace odpadního popelu může být provedena in sítu. Takto může použitá pára sloužit ke dvěma účelům,· a to jednak může být použita k fluidizaci pevného podílu recirkulovaného z cyklonového odlučovače 32 do spalovací komory 14, p ři čemž stejná pára mů ž e součas ně rea1i z ovat parní - reaktivaci in šitu recírkulovaného pevného podílu. Za tímto účelem může být takto použitelná pára zaváděna ve směru šipek 60 do vedení 50 systému 10 s cirkulujícím fluidním ložem. V případech, kdy se parní reaktivace odpadního popelu neprovádí in sítu, se odpadní opel, který byl podroben reaktivaci způsobem podle vynálezu, opětovně zavádí do spalovací komory 14 ve směru šipky 12 společně s fosilním palivem, které má být ve spalo vací komoře spáleno.

- 18 V rámci vynálezu byl poskytnut nový a zlepšený způsob reakcivace provedené za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který se vstřikuje do spalovací komory pro spalování fosilních paliv za účelem zachycení tímto sorbentem oxidu siřičitého v průběhu spalování fosilního paliva ve spalovací komoře pro spalování fosilních paliv. Kromě toho byl vynálezem poskytnut nový a zlepšený způsob, který je obzvláště vhodný pro použití při reaktivací provedené za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který se vstřikuje do spalovací komory systé mu s cirkulujícím fluidním ložem za účelem zachycení tímto sorbentem oxidu siřičitého, který se uvolňuje v průběhu spa-l-o ván í f o s i. 1 η í h o pa 1 lva ve -s p a 1 o v a cí—k-omo ř e s y-s-tému- s c i-r-k u -— lujícím fluidním ložem. V rámci vynálezu byl rovněž poskytnut nový a zlepšený způsob reaktivace provedené za účelem opětovné ho použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který je charakterizován tím, že jeho použití umožňuje dosáhnout výrazné zmenšení množství sorbentu a to při zachování stejné míry zachycení oxidu siřičitého. Dále je vynálezem poskytnut nový a zlepšený způsob reaktivace provedené za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který je charakterizován tím, že se jeho použitím dosáhne výrazného zmenšení množství odpadního popelu, který by jinak musel být likvi dován. Vynález dále poskytuje nový a zlepšený způsob reaktivace provedené za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který je charakterizován tím, že se jeho použitím dosáhne podstatného zmenšení množství Ca přítomného v odpadním popelu, který je případně určen k likvidaci, čímž se umožní snadnější likvidace takového odpadního popelu. Dále byl v souladu s vynálezem poskytnut nový a zlepšený způsob reaktivace provedené za účelem opětovného použití sorbentu obsahující nezreagovaný CaO, který je charakterizován tím, že jeho realizace nevyžaduje žádné procesní modifikace spalovacího procesu, při kterém se spaluje fosilní palivo ve spalovacích komorách pro spalování fosilních paliv, kde dochází k uvolňování oxidu siřičitého, jehož zachycení se provádí za použití uvedeného sorbentu. Vynález dále poskytuje

- 19 nový a zlepšený způsob reaktivace provedené za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který je charakterizován tím, že jeho použití nevyžaduje žádné významnější modifikace spalovacích komor pro spalování fosilních paliv, ve kterých se spaluje fosilní palivo a ve kterých se uvolňuje oxid siřičitý, jehož zachycení se provádí za použití uvedeného sorbentu. V rámci vynálezu je zde rovněž poskytnut nový a zlepšený způsob reaktivace provedené za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který je charakterizován tím, že je realizovatelný v libovolném typu spalovací komory pro spalování fosilního paliva, ve které se spaluje fosilní palivo a ve které se uvolňuje oxid siřičitý, jehož zachycení se provádí uvedeným sorbentem._______

V neposlední řadě vynález poskytuje nový a zlepšený způsob reaktivace provedené za účelem Opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který je charakterizován tím, že je vhodný pro použití v nových typech spalovacích komor pro spalování fosilních paliv. Vynález konečně poskytuje nový zlepšený způsob reaktivace provedené za účelem opětovného použití sorbentu obsahujícího nezreagovaný CaO, který je charakterizován tím, že je zpětně aplikovatelný na již existující spalovací komory pro spalování fosilních paliv.

Legenda k obr.2:

na ose x je vynesena reaktivační teplota ve °C a na ose y je vynesen poměr moly absorbovaného S02/moly dodaného

CaO, přičemž křivka vedená podél trojuhélníku odpovídá parciál___ nímu t Laku páry 0,0 6 MPa, -kři vka vedená podé 1 krou žk ů odpovídá parciálnímu tlaku páry 0,05 MPa, křivka vedená podél kosočtverců odpovídá parciálnímu tlaku páry 0,04 MPa a čtvereček reprezentuje případ nulového parciálního tlaku páry.

Legenda k obr.3:

na ose x je vynesena teplota ve °C a na ose y je vynesen parciální tlak páry v MPa.10

Claims

PATENTOVÉ

NÁROKY

1. Způsob reaktivace částic popelu obsahujících nezreagovaný CaO provedené za účelem jejich opětovného použití ve spalovací komoře (14) pro spalování fosilního paliva, do které se sorbent obsahující Ca vstřikuje za účelem zachycení tímto sorbentem oxidu siřičitého uvolňovaného v průběhu spalování fosilního paliva ve spalovací komoře (14) pro spalování fosilního paliva, vyznačený tím, že se

a) ________stanoví minimální parciální^tlak vodní páry nezbytný pro provedení rehydratace CaO v závislosti na teplotě, načež se

b) vytvoří zásoba částic popelu obsahujících nezreagovaný CaO a vytvořených při spalování ve spalovací komoře (14) pro spalování fosilního paliva v přítomnosti sorbentu obsahujícího CaO, načež se

c) částice popelu obsahující nezreagovaný CaO vystaví působení vodní páry, která má předem definovaný parciální tlak odpovídající alespoň minimálnímu parciálnímu tlaku vody nezbytnému pro provedení rehydratace CaO v závislosti na teplotě a předem definovanou teplotu odpovídající teplotě,pro kterou byl stanovém předem .definovaný parciální tlak vodní páry nezbytný k provedení rehydratace CaO, čímž dojde ke konverzi částic po pelu obsahujících nezreagovaný CaO na částice popelu obsahující CafOH^ a následně k desintegraci částic obsahujících CaíOH)^ v důsledku expanze těchto částic způsobené tím, že specifický objem CaíOH^ je větší než specifický objem CaO,

d) načež se částice popelu obsahující CaíOH^ získané kon verzí částic popelu obsahujících nezreagovaný CaO vstřikují do spalovací komory (14) pro spalování fosil

- 21 až 24 ního paliva,

e) CaíOH^ částic popelu obsahujících CaíOH^ se převede na CaO vystavením částic popelu obsahujících CaCOH^ ve spalovací komoře (14) pro spalování fosilního paliva teplotě vyšší než 580 °C a

f) ve spalovací komoře (14) pro spalování fosilního paliva se provede zachycení oxidu siřičitého uvolňovaného v průběhu spalování fosilního paliva ve spalovací komoře (14) pro spalování fosilních paliv reakcí tohoto oxidu siřičitého s CaO produkovaným konverzí Ca(OH)2 částic popelu obsahujících Ca(OH)₂ ve spalovací komoře (14) pro spalování fosilního paliva.
2. Způsob reaktivace částic popelu obsahujících nezreagovaný CaO podle nároku 1, v y z n a č e n ý t í m, že zásoba částic popelu obsahujících nezreagovaný CaO se vystaví v místě nacházejícím se mimo spalovací komoru (14) pro spalování fosilních paliv působení páry, která má předem definovaný parciální tlak odpovídající alespoň minimálnímu parciálnímu tlaku vody nezbytnému pro provedení rehydratace CaO v závislos ti na teplotě a předem definovanou teplotu odpovídající teplotě, pro kterou byl stanoven předem definovaný parciální tlak vodní páry nezbytný k provedení hydratace v závislosti na teplotě.
3. Způsob reaktivace částic popelu obsahujících nezreagovaný-e-aO^podhe^nárokU’-/,—v™y--z—n=a-= č=e = .t.-í soba částic popelu obsahujících nezreagovaný CaO se vystaví in-situ v místě, ve kterém se získá zásoba částic popelu obsahujících nezreagovaný CaO,působení páry, která má předem definovaný parciální tlak odpovídající alespoň minimálnímu parciálnímu tlaku vody nezbytnému pro provedení rehydratace CaO v závislosti na teplotě a předem definovanou teplotu odpovídající teplotě, pro kterou byl stanoven předem definovaný parciální tlak vodní páry nezbytný k provedení rehydratace CaO v závislosti na teplotě.