FI83930B - Saett foer direkt avsvavling av roekgaser i en eldstad. - Google Patents

Description

1 83930

Menetelmä savukaasujen suoraa rikinpoistoa varten tulipe-sässä

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä savu-5 kaasujen suoraa rikinpoistoa varten tulipesässä kalsium-pohjaisen SC^-absorboimisaineen kuivaruiskutuksen avulla tulipesään.

Kalsiumpohjaisten SC^-absorboimisaineiden, kuten kalkkikiven, dolomiitin sekä poltetun tai sammutetun kal-10 kin kuivaruiskutus tulipesissä muodostaa tekniikan, jota on käytetty useiden vuosikymmenien ajan rikkipitoisen polttoaineen polttamisen yhteydessä syntyvän rikin estämiseksi pääsemästä ulkoilmaan poistuvien savukaasujen mukana ja aiheuttamasta vakavia ympäristöongelmia. On kui-15 tenkin osoittautunut vaikeaksi saavuttaa tällaisen ruiskutuksen yhteydessä rikin tehokas sidonta; parhaissakin tapauksissa on mitattu vain 50% erottumisaste stökiomet-rioilla >2, jolloin stökiometrialla tarkoitetaan mooli-suhdetta Ca/S. Tämän johdosta ei tätä menetelmää ole voitu 20 käyttää yleisemmässä mielessä, vaan ainoastaan sellaisissa tapauksissa, joiden yhteydessä savukaasujen rajoitettua puhdistusta on pidetty riittävänä. Muissa tapauksissa on ollut pakko turvautua toisiin monimutkaisempiin ja kalliisiin menetelmiin. Juuri sen johdosta, että kuivaruis-25 kutustekniikka on niin yksinkertainen muihin menetelmiin verrattuna, olisi kuitenkin edullista, jos sitä voitaisiin parantaa sen tehokkuuden lisäämiseksi. Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan tällainen parannus tekemättä tätä menetelmää tällöin kuitenkaan monimutkai-30 semmaksi.

Huolimatta siitä, että laajaa tutkimustoimintaa on tehty kaikkialla maailmassa muutamien vuosikymmenien ajan, ei tähän mennessä ole vielä onnistuttu saavuttamaan täyttä selvyyttä kuivaruiskutusprosessin reaktiomekanismin suh-35 2 83930 teen. Useita kokeita perustavanlaatuisten ja rajoittavien absorptiomekanismien selvittämiseksi on tehty suuressa mitassa, mutta ei ole kuitenkaan ollut mahdollista määrittää tarkasti koeparametreja.

5 Reaktiojärjestelmä on käytännössä heterogeeninen, mikä merkitsee sitä, että reagoivat aineet ja tuotteet on diffundoitava yhtäältä kaasukalvon läpi, joka ympäröi absor-boimisaineen kutakin hiukkasta, ja toisaalta tuotekerrok-sen, nimittäin reaktion johdosta hiukkasten päälle muodos-10 tuneen CaSO^-kerroksen läpi, joka ympäröi hiukkasen kal-siumpohjaisen SC^-absorboimisaineen sisältävää aktiivista osaa ja jonka paksuus lisääntyy jälkikäteen reaktion jatkuessa. Jos reaktio tapahtuisi koko ajan hiukkasrakeen pinnalla, määrittäisi pelkästään kaasukalvodiffuusio reaktio-15 nopeuden. Keksintöä edeltäneen kehitystyön yhteydessä on kuitenkin voitu laboratoriokokeiden avulla eliminoida täysin kaasuvaihevastus tekemällä kokeita suuruusluokkaa 1 mbar olevilla alhaisilla kokonaispaineilla, jolloin on voitu osoittaa, että todellisuudessa reaktionopeuden mää-20 rää SC^n ja C^in diffuusio tuotekerroksen läpi. Kyllin nopean reaktion saavuttamiseksi ja siten kuivaruiskutus-menetelmän tehostamiseksi vaaditaan siis absorboimisaineen pientä hiukkaskokoa reaktiopinnan laajentamiseksi. On siten voitu määrittää, että hiukkaskoon on oltava alle 25 10 pm ja sopivimmin niinkin pieni kuin 1 pm, mikä on aivan vastakkainen yleisesti hyväksyttyyn käsitykseen verrattuna, jonka mukaisesti hiukkaskooltaan alle 50 pm olevaa ainetta ei ole vain vaikeaa käsitellä ja syöttää tulipe-sään, vaan että se lisäksi ei ole sopiva rikin sidonnan 30 parantamista varten absorboimisaineeseen. Näin pienet hiukkaskoot eivät siis ole aikaisemmin tulleet kysymykseen savukaasupuhdistuksen yhteydessä kuivaruiskutustekniikkaa käytettäessä.

Hyväksymällä se käsitys, että aikaisempi innokkaas-35 3 83930 ti puolustettu näkemys hiukkaskoon valinnan suhteen ab-sorboimisainetta varten on väärä ja että vaaditaan huomattavasti pienempiä hiukkaskokoja kuivaruiskutustekniikan tehostamiseksi, on keksinnön mukainen menetelmä saanut pa-5 tenttivaatimuksessa 1 ilmoitetut tunnusmerkilliset ominaisuudet.

Vähäisen hiukkaskoon positiivinen vaikutus voi kuitenkin mitätöityä, jos hiukkaset ovat kokkaroitunei-na, ja keksinnön erään tärkeän lisäsovellutuksen mukaises-10 ti pyritään siten siihen, että halutut hiukkaskoot saadaan aikaan käyttämällä leijuarinaa absorboimisaineen tulipe-sään ruiskutuksen välittömässä yhteydessä, jolloin vältetään hiukkaskooltaan erittäin pienen materiaalin varastointiin ja käsittelyyn liittyvät ongelmat.

15 Keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin seurua- vassa oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa:

Kuvio 1 esittää kaavamaisesti laitetta keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamista varten; ja

Kuvio 2 esittää kaavamaista pystyleikkauskuvantoa 20 rakenteeltaan muunnetusta valenesteytysastiasta.

Kuvio 1 esittää katkelmallisesti kattilaa 10, jossa kalsiumpohjaisen SC^-absorboimisaineen kuivaruisku-tuksen on määrä tapahtua kattilaan muodostuneiden savukaa-suojen suoran rikinpoiston avulla. Kattilaan absorboimis-25 aineen syöttöä varten liitetty laite käsittää varastosii-lon 11 absorboimisaineen vastaanottoa varten kuivassa tilassa olevana hiukkasmateriaalina. Tämä materiaali voi sisältää hiukkasia ja/tai hiukkaskokkareita, joiden koko on suurempi kuin rikinpoistoon kattilassa käytettävän mate-30 riaalin hiukkaskoko; sanottujen hiukkasten koko voi esimerkiksi olla sataprosenttisesti alle 40 pm. Tämä materiaali on siten liian karkeaa, että sitä voitaisiin käyttää esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän yhteydessä, mutta sitä voi olla kuitenkin helpompi varastoida ja 35 4 83930 käsitellä. Materiaali syötetään ruuvikuljettimen 12 välityksellä valenesteytysastiaan 13, jossa materiaalin pinta-taso pidetään ennalta määrätyissä rajoissa pintavalvonta-laitteiden 14 määrittämällä tavalla, näiden valvontalait-5 teiden ohjatessa ohjausautomatiikan 15 välityksellä kuljettimen käyttömoottoria 16. Materiaalin aluskerrosta valenestey tysastiassa kannattaa ilmaa läpipäästävä pohja 17, jonka alle on asetettu johto 18 paineilman syöttöä varten, jonka painetta ja virtausta voidaan säätää käyttämällä 10 tunnettua tekniikkaa tässä yhteydessä lähemmin selostamat-toman laitteiden avulla. Valenesteytysastian yläosa on liitetty johdon 19 välityksellä kattilaan 10 avautuvaan suukappaleeseen 20.

Paineilmaa syötettäessä johdon 18 kautta tehdään 15 valenesteytysastiassa olevan absortoimisaineen muodostama aluskerros juoksevaksi. Valenesteytetyssä kerroksessa olevat hiukkaset tulevat siten pidetyiksi jatkuvasti liikkeessä. Ne hankaavat toisiaan ja törmäävät toisiinsa, mikä estää kokkareiden muodostumisen syntyvien kokkareiden 20 rikkoutuessa samalla, jolloin syntyy raekooltaan vähäisempiä hiukkasfraktioita varastosiilosta syötetyn materiaalin raekokoon verrattuna. Syötetty paineilma poistuu valenestey tysastiasta johdon 19 kautta ruiskutusta varten kattilaan suukappaleen 20 kautta, ja paineilman paineen ja vir-25 tauksen sopivan säädön avulla voidaan saada aikaan se, että vain ne absorboimisaineen hiukkaset, joiden koko on ennalta määrätyn maksimikoon alapuolella, mikä keksinnön mukaan on oltava 10 pm, mutta sopivimmin kuitenkin huomattavasti vähäisempi, mieluiten alle 5 pm ja optimitapauk-30 sessa noin 1 pm, tulevat temmatuiksi mukaan poistuvaan ilmavirtaukseen ruiskuttamista varten siihen suspendoitu-neina suukappaleen 20 kautta kattilaan, kun taas karkeammat hiukkaset erotetaan kuivatasolla aluskerroksen yläpuolella ja ne palaavat tälle tasolle. Absorboimisaine on pu-35 li 5 83930 hallettava kattilaan suukappaleen 20 kautta riittävän suurella nopeudella, niin että tulokseksi saadaan ilma-suihku siihen suspendoituneine absorboimisaineineen, jolla suihkulla on riittävä ulottuma kattilan sisällä kattilassa 5 olevien savukaasujen tehokasta käsittelyä varten. Mahdollisesti voidaan yhteen ja samaan valenesteytysastiaan liittää useita suukappaleita, jotka on jaettu kattilan kehälle, tai vaihtoehtoisesti voidaan käyttää useita valenestey-tysastioita varustettuina vastaavilla suukappaleillaan 10 eri kohdissa kattilan kehällä.

Absorboimisaine voi siten keksinnön mukaisen menetelmän soveltamisen yhteydessä olla varustettuna suhteellisen suurella hiukkaskoolla, minkä ansiosta tätä absorboi-r misainetta on helppo kuljettaa ja säilyttää ennen käyttöä, 15 koska se saavuttaa keksinnön mukaisesti vaadittavan raekoon välittömästi ruiskutuksen yhteydessä. Tällöin ei tarvitse ottaa huomioon siltojen muodostumista hiukkasten välille tai hiukkasten kokkaroitumista, mitä tapahtuu varastoitaessa ja käsiteltäessä materiaaleja, joiden hiukkas-20 koot ovat niin pieniä, kuin mistä on kysymys keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa, ja jos kokkareita kuitenkin muodostuisi, ne tulevat lyödyiksi rikki valenestey-tetyssä kerroksessa. Tämä käsittelyn yksinkertaistuminen on olennaisen tärkeä asia kuten myös tietenkin aosor-25 boimisaineen vaikutuksen tehostuminen, joka saavutetaan keksinnön mukaisen menetelmän avulla.

Valenesteytetyssä aluskerroksessa esiintyvää jauhan-tavaikutusta voidaan parantaa huomattavasti sisällyttämällä valenesteytettyyn aluskerrokseen muuta materiaalia kuin 30 absorboimisainetta sisältäviä jauhanta-ainesosia,,kuten esimerkiksi hiekkaa tai muuta absorboimisainetta kovempaa hiukkasmateriaalia.

Huolimatta korkeaan puhallusnopeuteen liittyvästä vaatimuksesta suihkun ulottuman saavuttamiseksi kattilassa, 35 6 83930 on myös tärkeää, että ilmamäärä pidetään alhaisena.

Tämä voidaan saavuttaa siten, että valenesteytysastiassa oleva aluskerros muodostetaan astian kartiomaiseen osaan, joka laajenee alaspäin ilmaa läpäisevään pohjaan asti, ja 5 ylöspäin, tai vielä edullisemmin järjestämällä valenestey-tysastia kuvion 2 mukaisella tavalla. Tässä kuviossa esitetyn valenesteytysastian yhteydessä materiaalialuskerros muodostetaan lieriömäiseen osaan 13A, joka laajenee kar-tiomaisesti aluskerroksen päällä kohdassa 13B, niin että 10 aluskerroksen yläpuolelle syntyy kuivataso, jonka poikki-leikkausala on aluskerroksen poikkileikkausalaa suurempi karkeampien hiukkasten erottamista ja palauttamista varten juoksevaksi tehtyyn aluskerrokseen.

Kuvio 2 esittää myös erästä toista muunnelmaa. Alus-15 kerroksen sisään on asetettu putkikierukka 21 höyryn tai muun lämmitysaineen kierrättämiseksi, tämän aineen kuumentaessa valenesteytysastiassa 13 olevaa aluskerrosta. Tällaista kuumennusta vaaditaan tapauksessa, jonka yhteydessä absorboimisaine on vesisuspension muodossa ja tätä 20 hiukkasmuodossa olevaa absorboimisainetta säilytetään varastosäiliössä. Absorboimisaineella voi tällöin olla pienempi hiukkaskoko, esim. sataprosenttisesti alle 2 um tai vieläkin vähäisempi, ja absorboimisaine pumpataan varastosäiliöstä materiaalialuskerroksen sisään, jota kuu-25 mennetaan syötetyn veden haihduttamiseksi.

30 35

Claims (9)

1. Menetelmä savukaasujen suoraa rikinpoistoa varten tulipesässä kalsiumpohjaisen SO^-absorboimisaineen 5 ruiskutuksen avulla tulipesään ilmavirtaukseen suspendoi-tuneena hiukkasmateriaalina, tunnettu siitä, että tämän hiukkasmateriaalin hiukkaskoko on enintään 10 pm.

2. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiukkaskoko on pienempi 10 kuin 5 pm ja söpivimmin noin 1 pm.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että absorboimisaine pidetään varastossa hiukkasmateriaalina, jonka sisältämät hiukkaset ja/tai hiukkaskokkareet ovat kooltaan ilmavirtaan suspen- 15 doitavan materiaalin hiukkaskokoa suuremmat, ja että tämän materiaalin hiukkaskokoa vähennetään tai vastaavasti esiintyvät kokkareet lyödään rikki välittömästi ennen ruiskutusta.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että absorboimisaine pidetään varastossa kuivassa olotilassa.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että absorboimisaine pidetään varastossa suspendoituneena veteen.

6. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että materiaalia pidetään ennen ruiskutusta paineilman avulla juoksevaksi tehdyssä absorboimjsaineen muodostamassa aluskerroksessa hiukkaskoon vähentämiseksi ja/tai kokkareiden rikkomi- 30 seksi sekä kokkareiden syntymisen estämiseksi.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että juoksevaksi tehty aluskerros sisältää absorboimisaineen lisäksi muusta materiaalista muodostettuja jauhanta-aineosia, jotka ovat pääasiassa 35 8 83930 absorboimisainetta kovempia, esimerkiksi hiekkaa.

7 83930

8. Patenttivaatimuksen 5 ja 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiukkasmateriaalin vesisuspensio kuivataan juoksevaksi tehdyssä aluskerroksessa pi- 5 tämällä tämä kerros nostetussa lämpötilassa.

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paineilman nopeutta vähennetään sen kuljettua juoksevaksi tehdyn aluskerroksen läpi antamalla paineilman virrata pois aluskerroksen yläpuo- 10 lelle asetetun laajennetun kuivatason kautta karkeampien hiukkasten erottamiseksi ja niiden palauttamiseksi juoksevaksi tehtyyn aluskerrokseen. 15 9 83930