FI86691C

FI86691C - Foerfarande och anordning foer rening av gasformiga foerbraenningsprodukter genom minskning av dessas nox -halt

Info

Publication number: FI86691C
Application number: FI880028A
Authority: FI
Inventors: Folke Engstroem; John Tang; Juha Sarkki; Asfaha Tesfai
Original assignee: Ahlstroem Oy
Priority date: 1986-05-09
Filing date: 1988-01-06
Publication date: 1992-10-12
Also published as: FI880028A; CA1275784C; JPH01500251A; EP0266417A4; FI880028A0; FI86691B; DE266417T1; DE3775001D1; US4756890A; JPH0618610B2; KR900004098B1; EP0266417A1; KR880701132A; EP0266417B1; WO1987006853A1; ATE69972T1

Description

86691

MENETELMÄ JA JÄRJESTELMÄ KAASUMAISTEN PA LAMISTUOTTEIDEN

PUHDISTAMISEKSI ALENTAMALLA NIIDEN NO -PITOISUUTTA

x

FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR RENING AV GASFORMIGA FÖRBRÄNNINGS-PRODUKTER GENOM MINSKNING AV DESSAS NOx~HALT

Keksinnön kohteena on typpioksiditason alentaminen polttolaitosten savukaasusta ja erityisesti NOx~tason alentaminen syöttämällä pelkistintä syklonierottimeen, joka on liitetty kokonaisjärjestelmään siten, että saavutetaan suotuisat reaktio-olosuhteet.

Keksintö kohdistuu menetelmiin typpioksidien vähentämiseksi olennaisesti minkä tahansa joko kiinteän, lietemäisen, kaasumaisen tms. polttoaineen palamisesta syntyvästä savukaasusta. Erityisesti keksintö kuitenkin parantaa leijukerrospoltto-prosessia, jossa poistuvia savukaasuja voidaan käsitellä taloudellisesti nykyisten ympäristönsuojelulakien puitteissa.

Polttoaineiden leijukerrospolttaminen on ennalta hyvin tunnettu menetelmä. Tyypillisesti ilmaa tuodaan systeemiin svrttökammion kautta, josta se syötetään ilmasuutinarinan ^ läpi. Polttoaine, f luidisoituvat partikkelit ja absorboivat : aineet, kuten kalkkikivi tai dolomiitti, fluidisoidaan ja saatetaan reagoimaan polttouunissa normaalisti 760—930°C:n lämpötilassa. Tämä lämpötila on olennaisesti alempi kuin konventionaalisessa polttouunissa yleensä käytetty. Sen lisäksi, että polttoaine palaa erittäin hyvin tällä lämpötila-alueella, ko. lämpötila-alue on sopiva myös rikkioksidien reagoimiseen . . absorboivien aineiden kanssa polttokammiossa. Näin ollen rikkipitoisen polttoaineen jäännösrikkioksideja voidaan olennaisesti vähentää lisäämällä kalkkikiveä, mikä mahdollistaa suhteellisen korkean rikkipitoisuuden omaavan hiilen polton ja vähenevän saastumisen.

Tvppioksideja syntyy mitä tahansa polttoainetta poltettaessa toisaalta ilman typen palamisena ja toisaalta polttoaineen 2 86691 typen muuntumisen tuloksena. Ensin mainittua reaktiota suosii korkea lämpötila (yli 980°C), kun taas jälkimmäinen reaktio aiheuttaa enemmän hankaluutta alhaisemmissa lämpötiloissa, kuten niissä, joita käytetään yleensä leijukerrospoltossa. Koska typpioksidit liittyvät "valokemiallisen savusumun" syntyyn ja saattavat olla myrkyllisiä jo pieninä määrinä (NO-:n TLV on 5 ppm), polttosysteemien päästöjen NO -pitoi-

X

suuksien minimointiin kiinnitetään jatkuvasti huomiota.

US-patentissa 3,900,554 esitetään typpioksidien poistamista ei-katalvyttisesti konventionaalisesta polttouunista poistuvista savukaasuista ruiskuttamalla ammoniakkia 870—1090°C:n lämpötilassa olevaan poistovirtaan. Eurooppalaisessa hakemus-julkaisussa 176,293 on myös esitetty ΝΟχ:η säätämiseksi NH^tn ruiskuttamista savukaasuvirtaan ennen kaasun tuloa keski-pakoiserottimeen. Patentissa 4,335,084 esitetään jopa korkeampia lämpötiloja. Monissa muissakin patenteissa on esitetty ammoniakin käyttöä katalyyttien kanssa typpioksidien pelkistämiseksi. Alhaisempien lämpötilojen käyttöä (esim. 120—500°C) esitetään muutamissa näistä, kuten esim. U.S. patenteissa 3,887,683 (aktiivihiili katalyyttinä), 4,056,660 (V^O^/MnjO^ katalyyttinä), 4,010,238 (erilaisia siirtymämetalleja katalyytteinä), 4,002,723 (jalometalli katalyyttinä), 4,049,777 (CrO katalyyttinä), 4,031,185 Cu-haloidi katalyyttinä) ja 4,070,440 (alfa-Fe202 katalyyttinä).

Useissa muissa US-patenteissa, esim. nrorissa 3,894,141 ja 3,867,507 esitetään hiilivedyn käyttämistä ammoniakin asemesta typpioksidien pelkistämiseksi. Eräissä US-patenteissa, esim. nrorissa 4,325,924 ja 4,208,386, esitetään urean käyttämistä NOx~päästöjen pelkistämiseen, ja nrorissa 4,154,803 sekä 4,507,269 esitetään käytettäväksi muita ammoniakin esiasteita. Eräissä US-patenteissa, kuten nrorissa 4,119,702 ja 4,115,515, esitetään lisäaineiden kuten vedyn, otsonin ja vetyperoksidin käyttämistä järjestelmän toimivuuden parantamiseksi .

i 3 86691 US-patentissa 4,218,427 esitetään jauhemaisen hiilen muodostaman lei iupetin käyttämistä n. 400-700°C:n lämpötilassa. US-patentissa 4,181,705 esitetään ammoniakin tai ammoniakkia muodostavan esiasteen ruiskuttamista suoraan leijupetin palami salueelle polttouuniin. US-patentissa 3,929,967 esitetään menetelmä NO - ja SO -pitoisten savukaasujen käsitte-

X X

lemiseksi ensisijaisesti SO :n määrän vähentämiseksi saatta- x maila jäännöskaasu kosketuksiin kaasumaisen ammoniakin kanssa edullisimmin n. 370—430°C:n lämpötilassa ja riittävässä määrin, jotta se reagoi olennaisesti kaiken rikkitrioksidin kanssa. Reaktion tarkoituksena on SO :n muuttaminen ammonium- x sulfiitiksi ja ammoniumbisulfiitiksi, jonka reaktion jälkeen elektrostaattista kuumasaostinta edeltävä mekaaninen erotin, esim. syklonierotin, poistaa suuremmat k.i intoainesosat. Ammoniakki otetaan myöhemmin talteen ammoniumrikkioksidin kiintoaineksesta.

Monia muitakin prosesseja on esitetty ensisijaisesti rikkidioksidin poistamiseksi. Esim. US-patentissa nro 4,369,167 esitetään ka 1 kki1iuoksen käyttämistä ja menetelmässä voi olla erityisesti ΝΟχ:n poistamista varten myös toinen pesu-yksikkö, jossa käytetään sopivaa pesua i net: ta, esim. di-kromaattia. On 1 uonno] ?. isosti tunnettua ruiskuttaa kalkkikiveä itse polttokamroioon SO^in pelkistämiseksi. On myös tunnettua, että ammoniakin käyttö savukaasujen käsittelyyn, varsinkin tietyissä lcämpötiloissa, johtaa myös SO^:n poistumiseen sen reagoidessa ammoniakin ja veden kanssa synnyttäen ammoniumsulfaattia; näin ollen ammoniakin tai ammoniakin esiasteen käytöllä voi myös olla SO^-tasoa alentava vaikutus.

On havaittu, että yksi ΝΟχ:η pelkistysprosessin tehokkuuden kriittisistä parametreistä on pelkistimen hyvä sekoittuminen palamist.uot-teenä syntyvän savukaasun kanssa, ja toinen on 4 86691 pelkistimen ja hapen välisten epäsuotavien sivureaktioiden välttäminen, joita reaktioita katalysoi SO :n säätelemiseen

X

käytetty kalkkikivi tai kalsinoitu kalkkikivi (CaO). On havaittu, että käyttämällä kuumasyklonierotinta tai vastaavaa ja ruiskuttamalla pelkistintä kaasuvirtaan tarkoin määrätyssä kohdassa kuumasyklonin sisällä saavutetaan erittäin tehokas ΝΟχ:η pelkistimen sekoittuminen palamistuotteena syntyvän savukaasun kanssa sen jälkeen, kun ko. kaasussa oleva hienojakoinen kiintoaines, kuten kalkkikivi ja CaO, on erotettu siitä. Kuumasyklonierotin voi olla tulenkestävällä aineella vuorattu tai sovitettu toimimaan kuumissa olosuhteissa jäähdyttämällä sen ulkopintaa jäähdytysvaipalla, jonka läpi vesi, höyry tai ilma kiertää. Pelkistimestä ja prosessiolosuhteista riippuen pelkistintä voidaan ruiskuttaa joko kantokaasun kanssa tai ilman. Kantokaasuna voi olla höyry, typpi, savukaasu, mikä tahansa inertti kaasu tai näiden yhdistelmä. Syöttöaukon/aukkojen sijainti syklonissa määräytyy jonkin verran prosessiolosuhteiden ja käytetyn NO -pelkistimen mukaan. Syöttölaitteiden sijaintia valittaessa on otettava huomioon sellaiset prosessiolosuhteet kuten kaasuvirran lämpötila, savukaasun koostumus, kuormitusvaihtelu, pelkis-timen/pelkistimien tyyppi ja erityisesti kiintoaineskuormi-tuksen määrät.

Kuumasyklonierottimen käyttö yksinkertaistaa merkittävästi pelkistimien syöttämistä moniin muihin nykyisin käytössä oleviin ja erittäin monimutkaisiin syöttömenetelmiin verrattuna.

Eräässä edullisessa suoritusmuodossa keksintö muodostaa osan lei jukerrosperiaatteella toimivasta polttojär jestelmä.stä, jossa polttoainetta poltetaan petissä, joka sisältää tuhkaa sekä rikkiä sitovia absorboivia aineita, esim. kalkkikiveä ja joka synnyttää savukaasuvirran, jonka lämpötila on 760-980°C. Typpioksidit poistetaan tehokkaasti ilman pesujärjestelmää.

I, 5 86691

Keksintöä voi myös hyödyntää kaikenlaisissa uuneissa, esim. "stoukkereissa" tai jauhemaista hiiltä tai öljyä polttavissa yksiköissä, joissa NOx~päästöt on minimoitava. Sykloni (t) on sovitettu siten, että savukaasu on ennen sitä yleensä jo luovuttanut jonkinverran lämpöä tietyillä primääri-konvektio-pinnoilla, mutta niin, että ko. kaasu jää sopivaan lämpötilaan, kun se kulkeutuu sen jälkeen syklonin tai muun vastaavan voimakaspyörteisen laitteiston läpi, jossa laitteistossa palamistuotteena syntynyt savukaasu sekä syötetty pelkistys-aine tai -aineet sekoittuvat erittäin hyvin keskenään (sen jälkeen kun savukaasuun sekoittuneet hiukkaset on erotettu siitä). Savukaasu voidaan tämän jälkeen kierrättää takaisin konvektiovyöhykkeen jollekin toiselle osalle tai jollekin toiselle konvekt.io-vyöhykkeelle, missä lämmönsiirto voi jatkua.

Kuvio 1 on kaaviokuva polttoainetta käyttävästä standardi-poltto järjestelmästä, joka yleisesti ottaen edustaa yhtä niistä monista polttojärjestelmistä, koissa keksintöä voidaan hyödyntää. Kuviossa on esitetty polttouuni, joka on yhdistetty kanavalla konvektio-osaan, jossa on haara sykloniin ja joka johtaa edelleen savupiipun kautta ulkoilmaan.

: Kuvio 2 or päälikuva, joka esittää syöttckohtien edullisia -- sijoituspaikkoja syklonierottimen katossa. Syklonin katon läpi on tehty useampia syöttöaukkoja, jotka ulottuvat radiaalisen nollanopeusvyöhykkeen lähelle, joka on suunnilleen syklonin sisäseinän ja kaasun pääpoistokanavan lieriömäisen seinän puolivälissä.

Kuvio 3 on pystyleikkaus pääosin linjalta 3-3 kuviosta 2, ja : : ; se esittää erään syklonierotintyypin edullista syöttölaite-'· ratkaisua.

6 86691

Kuvio 4 esittää kaaviomaisesti ΝΟχ:η pelkistysjärjestelmän virtaukselle, jossa on suuria määriä CaSO^rää ja jossa sykloniin syötetään suuria määriä ΝΟχ:η pelkistintä, esim. urea-hiukkasia, joka voisi optionaalisesti sisältää jonkinverran kiinteää ainetta, kuten nikkelioksidia tai jotakin muuta katalyyttiä. Hiukkaset kerätään talteen syklonin pohjalta, ja osa kierrätetään takaisin syklonin syöttökanavaan paineilma-putken kautta kaasua kuljettavan väliaineen avulla, jolloin absorboivilla aineilla on vielä mahdollisuus reagoida.

Kuvio 5 esittää kaaviokuvan toisesta, vaihtoehtoisesta suoritusmuodosta, jossa käytetään kiertopetiperiaatteella toimivaa leijukerrospolttojärjestelmää, jossa jonkinverran lämmönsiirtoa tapahtuu tavallisesti polttouunin koko alueella, jonka jälkeen koko kaasumäärä virtaa sykloniin, joka puolestaan on yhdistetty konvektio-osaan, joka johtaa letkusuodatuskammion tms. kautta savupiippuun.

Kuvio 6 on pystyleikkaus toisesta kuvion 5 ratkaisun kanssa samanlaisesta syklonierottimesta, ja se esittää ΝΟχ:η pelkis-timien edulliset syöttökohdat.

On havaittu, että käytettäessä ammoniakkia tai ammoniakkia kehittävää esiastetta tai jotakin muuta vastaavaa pelkistintä ΝΟχ:η pelkistämiseen kuumassa palamistuotekaasuvirrassa ko. tekniikkaan vaikuttaa lämpötila ja kaasuvirran koostumus ja kaikkein tärkeimpänä nopean ja hyvän kontaktin muodostuminen syötettävien pelkistimien ja kaasuvirran NOx-yhdistei-den välille sekä kontaktin minimoiminen kokonaan ko. pelkistimien ja kalkin, kalkkikiven tms. 50χ:η pelkistykseen käytettävien hiukkasten välillä. On havaittu, että jälkimmäinen tavoite saavutetaan, kun syötetyt pelkistysaineet ja nopeasti liikkuva kaasuvirta pystytään sekoittamaan perusteellisesti keskenään kuumasyklonierotinlaitteen voimakaspyörteisellä alueella, jolla hiukkasmainen aine on jo olennaisesti erotettu I: 7 86691 kaasuvirrasta. Tarkoitukseen voidaan käyttää tulenkestävästi vuorattua syklonierotinta tai enemmän standardityyppistä syklonierotinta, jossa on ulkopuolinen jäähdytysvaippa ja jonka metalliset seinämät on suunniteltu pysymään säädetyllä lämpötila-alueella, jotta pitkittyneen kovalle kuumuudelle altistumisen aiheuttama mahdollinen rakenteellinen vioittuminen estyy.

Kuten jäljempänä yksityiskohtaisemmin selostetaan, käsiteltävä kaasuvirta voi olla minkä tahansa ilmaa hiilipitoisen polttoaineen polttamiseen käyttävän uunin palamistuote, joka polttaminen synnyttää typpioksideja ja/tai rikkioksideja sisältäviä palamistuotteita, joiden päästöistä on ympäri maailmaa yleensä olemassa tietyt asetukset niin, että on pysyttävä määrättyjen enimmäispäästöjen alapuolella. Kuten jäljempänä selostetaan, sopivia pelkistinaineita syötetään kaasuvirtaan strategisilta kohdin siten, että typpioksidin määrää voidaan tehokkaasti kemiallisesti vähentää asetusten mukaiseksi. Kuvioissa 2 ja 3 on tarkoitukseen sopiva syklonierotin 11, joka soveltuu korkeisiin lämpötiloihin. Syklonierotin 11 käsittää sylinterin yläosan 13, joka on poikkileikkaukseltaan ympyränmuotoinen ja sijaitsee onton, katkaistun kartion muotoisen kartion 15 päällä. Kartion alapäässä on hiukkasten poistoaukko 17.

Keskeisesti sylinterin sisällä on poistokanava 19, joka on poikkileikkaukseltaan myös ympyränmuotoinen ja jonka halkaisija on noin 30—80 % sylinterin sisä.hal kaisi jasta. Yleensä poistokanava 19 on koaksiaalinen sylinterin 13 kanssa ja ulottuu edullisesti hyvän matkaa, ts. yli metrin, alas sykloniin muodostaen siten rengasmaisen sisääntuloalueen 21, johon sisäänsyötettävä kaasuvirta johdetaan. Palamistuotekaasuvirta johdetaan sopivassa lämpötilassa syöttökanavan 23 läpi väli-kammioon 25, joka muodostuu kanavan poistopäästä sekä sykloniin 11 johtavasta syöttöosasta. Välikammion poikkileikkausala on useimmissa sykloneissa hieman supistuva, mutta sen ei tarvitse olla.

s 86691

Kuten kuviosta 2 parhaiten ilmenee, kaasuvirta saapuu tangen-tiaalisesti rengasmaiselle alueelle 21, ja kaasuvirrassa olevat hiukkaset kulkeutuvat välittömästi ulkoseinämän suuntaisesti ulkoseinämän läheisyyteen, kun taas pääosa kaasusta synnyttää voimakkaan pyörteisen liikkeen rengasmaisen tilan sisäalueelle ja liikkuu spiraalin muodossa alaspäin yleisesti ottaen poistokanavan 19 ulkopintaa pitkin. Koska kaasu voi poistua syklonista ainoastaan ylöspäin poistokanavan 19 sisältä, toinen pyörre kehittyy ensimmäisen sisälle ja kaasu pyörteilee ylöspäin kanavan sisään. Luonnollisesti sykloni-erottimen ensisijainen tarkoitus on saattaa hiukkasmateriaali liikkumaan hitausmomenttinsa ansiosta välittömästi ulospäin sylinteriosan 13 ulkoseinämää kohti ja viimein ulos poisto-aukosta 17. Vaikka sykloni 11 toimii yhtä hyvin vaaka- ja pystysuorassa asennossa, kerääntyneillä hiukkasilla on taipumus tukkia poistoaukko vaakasuorassa sovellutuksessa ja niiden poisto on sen verran vaikeaa, että kuvion 1 mukainen pystysuora asento on edullisempi. Sykloni 11 toimii myös yhtä hyvin puhaltimen tai muun vastaavan, kaasua suuremmassa mittakaavassa pyörittävän laitteen sekä imu- että painepuolella.

Käytettäessä syklonia 11 kuumissa lämpötiloissa, siinä on edullisesti kuumaeristyskerros 27, joka peittää sylinteriosan 13 sylinterimäisen seinämän koko sisäpinnan. Rungon alempi kartiomainen osa 15 on myös edullisesti samalla tavoin kuuma-eristetty. Tarkoitukseen voidaan käyttää kulutuksen- ja tulenkestävää tiilimateriaalia sopivan paksuisena kerroksena tai sopivaa tulenkestävää ja erittäin korkeita lämpötiloja kestävää eristysmateriaalia kuten alumiinisilikaattikuiduista valmistettua huopaa. Syklonin 11 käyttölämpötilasta sekä poistokanavan 19 valmistusmetallista riippuen poistokanavan ulkopinta ja mahdollisesti myös sisäpinta voidaan lämpöeris-tää. Koska poistokanava ei kuitenkaan ole kuormitettu elin, se voi olla ohuemmin eristetty tai joissakin tapauksissa jättää kokonaan eristämättä. Vaihtoehtona syklonin runko-osan 13 sisäpinnan eristämiselle sen ulkopintaa voidaan sopivasti i 9 86691 jäähdyttää, esim. ympäröivällä jäähdytysvaipalla, jonka läpi kierrätetään jatkuvasti suhteellisen viileää jäähdytysnestettä tai -kaasua sellaisella nopeudella, että syklonin kantavan seinämän lämpötila pysyy halutulla tasolla. Korkeissa lämpötiloissa toimivalle syklonille sopivat jäähdytysaineiksi esim. vesi, ilma, höyry tai näiden sekoitukset.

Pelkistinaine tai pelkistinaineet syötetään kaasuvirtaan joko yhdellä tai useammalla syöttölaitteella 31 (kuviot esittävät neljää syöttölaitetta 31a-31d, jotka sijaitsevat tasavälein ja joiden väliset kulmat ovat samat) ja syöttölaitteiden lukumäärä riippuu yleensä syklonin koosta. Mikäli ei käytetä oleellisen alas ulottuvaa poistokanavaa, syöttölaite 31d tai syöttölaitteet 31d ja 31c jätetään edullisesti pois, jotta estettäisiin NH^:n "karkaaminen", t.s. NH^:n kulkeutuminen reagoimattomana suoraan syklonin poistokanavaan, mikä on tehon hukkaamista ja yleensä epäsuotavaa. Kaikki syöttölaitteet täytetään edullisesti syöttölinjasta 33, jossa on tarkoitukseen sopiva annostelulaite 34. Samoin laitoksen koko määrää, käytetäänkö siinä useampia sykloneja, vaikka kuvioissa on esitetty ainoastaan yksi sykloni. Aikaisemman käytännön mukaan rakennettiin usein halkaisijaltaan suhteellisen suuria sykloneja, mutta viimeaikainen suuntaus on ollut kohti useampia, ·'- halkaisijaltaan pienempiä sykloneja, jotka toimisivat rinnak kain kukin yhdistettynä tulovirtausputkeen ja joiden poisto-kaasu virtaisi ulos poistohaaraputken kautta.

Syöttökohöat voivat vaihdella tietyissä rajoissa toimien silti tyydyttävästi. Syöttölaitteet 31 sijoitetaan edullisesti siten, että ne syöttävät pelkistimiä rengasmaisen alueen 21 ylärajalle yhteen tai useampaan kohtaan. Tiettyjä kaasumaisia pelkistimiä voi syöttää pyörrevirtaan hieman rengasmaisen alueen alapuolelle, mutta tällöin niiden teho on todennäköisesti alhaisempi. On havaittu, että yksi tehokkaimmista . . pelkistimien syöttömenetelmistä on pelkistimien syöttäminen sellaiselle vyöhykkeelle, missä kaasu virtaa hetkellisesti 10 86691 erittäin alhaisella nopeudella ja suuntautuu radiaalisesti ulospäin, eli konventionaalisesta kutsuttuna nollanopeus-vyöhykkeelle. On havaittu, että sopivasti ko. vyöhykkeelle syötetyt pelkistimet sekoittuvat kunnolla ja läpikotaisin. Pelkistimet voidaan syöttää syklonin katon läpi tai rengasmaisen alueen 21 pystyseinämien läpi, edullisesti sanotun alueen yläosan lähellä esimerkiksi tukemalla tarvittavat syöttölaitteet siihen, missä ne tavallisesti kulkevat vaaka-suorasti sylinterin 13 yläalueen läpi läheltä sen kattoa. Mahdollisesti ne voitaisiin jopa asentaa siten, että ne kulkisivat ulospäin poistokanavan 19 läpi rengasmaiselle alueelle. Tällainen sijainti vaatisi kuitenkin todennäköisesti useampia syöttöaukkoja poistokanavan kehälle. Edullisemmin useat syöttölaitteet 31 tuetaan syklonin kattoon ja sijoitetaan suhteellisen tasakulmavälein toisiinsa nähden koko rengasmaiselle alueelle. Kuten kuviosta 2 parhaiten ilmenee, neljä syöttölaitetta voidaan sijoittaa 90° asteen kulmaan toisiinsa nähden eli kaksi syöttölaitetta 180° asteen kulmaan. Syöttölaitteiden kuvissa esitetyt sijaintikohdat ovat radiaalisesti suunnilleen poistokanavan 19 ulkopinnan ja sylinterin 13 sisäpinnan puolivälissä ja siten suhteellisen suorassa kulmassa tangentiaalisesti sisääntulevaan kuumaan kaasuvirtaan nähden.

On havaittu, että yllä kuvattu syöttötapa aikaansaa voimakkaan ja läpikotaisen kaasun sekoittumisen, koska kaasu virtaa voimakkaasti pyörteillen spiraalimaisesti alaspäin. Yleensä syötön pitäisi alkaa vähintään noin 0,1 sekunnin kuluessa kaasuvirran saapumisesta rengasmaiselle alueelle 21. Syöttämällä pelkistintä radiaaliselle nollanopeusvyöhykkeelle tai sen läheisyyteen sille kohdalle, jossa kaasuvirran kuljettamat partikkelit ovat olennaisesti kulkeutuneet kaasuvirrasta eroon keskipakoisvoiman aiheuttaman radiaalisen liikkeen ansiosta, ko. pelkistin leviää hyvin nopeasti koko kaasuvirtaan, ja näin vältetään pelkistimen paikoittaiset kasautumat ja edelleen esim. ammoniakin ja joko hapen tai rikkitrioksidin väliset reaktiot, jotka ovat halutun lopputuloksen kannalta n 86691 epäsuotavia. KalkkikivestS peräisin olevan CaO:n samoin kuin kalkkikiven on havaittu katalysoivan erittäin tehokkaasti NH^ + C>2 — Ν0χ + 1^0 -reaktiota; näin ollen NH^:n syöttämistä kalkkia sisältävälle alueelle tulisi välttää, jotta säästytään mahdollisilta, erittäin epäedullisilta vaikutuksilta. Varsinaisesti ammoniakin tai ammoniakin esiasteen syöttämisen tällä tavoin uskotaan muodostavan syklonin sisään "ammoniakki-verhon", joka estää NO sää karkaamasta samalla selvästi minimoiden NH^sn, C^tn ja CaOsn välisen samanaikaisen kontaktin sekä täten käytännössä varmistaa, että ammoniakin ja NO :n välillä tapahtuu haluttu typpikaasun ja vesihöyryn muodostamiseen tarvittava kemiallinen reaktio. Esimerkiksi syöttämällä ammoniakkia moolisuhteessa 3/1 - 5/1, NH,-moolit/NO -moolit,

j X

on havaittu, että ΝΟχ:η määrä palamistuotekaasuvirrassa voi vähentyä yli 70 %. Normaalisti käytettävä suhde on vähintään noin 0,5/1.

Kuten edellä on osoitettu, pelkistimien käyttö typpioksidi-pitoisuuksien (Ν0χ) alentamiseen hiilipitoisten tuotteiden savukaasuvirroista on ennalta tunnettu. On tunnettua, että voimalaitokset, polttouunit, jätteiden polttolaitokset yms. ovat Ν0χ:η syntyyn merkittävästi vaikuttavia tekijöitä. Tämä . . ΝΟχ on tavallisesti N0:n muodossa ja sitä syntyy, kun jonkin verran happea yhdistyy liekissä ilman typpeen, eikä niinkään hiilipitoiseen polttoaineeseen. Orgaanisten typpiyhdisteiden olemassaolo polttoaineessa voi myös muodostaa NO:ta polttoainetta poltettaessa. Korkeissa lämpötiloissa pääosa typpioksideista on N0:n muodossa ja NOjrta ja runsaspitoisia oksideja on vain pieni määrä. Matalissa lämpötiloissa tasapaino aiheuttaa NO:n reagoinnin ilman hapen kanssa ja näin muodostuu N02:ta. Rikkiyhdisteet reagoivat yleensä hapen kanssa, jolloin muodostuu rikkidioksidia; lisäksi muodostuu kuitenkin hieman rikkitrioksidia ja pieniä määriä runsas-pitoisia rikkioksideja. Hiili, kaasu, öljy, liuskeöljy, turve, ligniitti ja muut jätemateriaalit sisältävät erisuuria määriä orgaanisia, typpeä ja rikkiä sisältäviä yhdisteitä.

i2 86691

Ennalta tunnetaan monia NO,:n pelkistimiä, joita käytetään NO- λ tason alentamiseksi savukaasussa. Kaikkia näitä voidaan käyttää essillä olevassa keksinnössä, joka toimii tehokkaasti halutulla lämpötila-alueella. Keksinnön mukaista ratkaisua on tarkoitus käyttää yli 430°C:n lämpötiloissa, ja paineen ei katsota olevan vaikuttava tekijä, koska prosessi tapahtuu tavallisesti normaalissa ilmanpaineessa, kuten palamistuottei-den tyydyttävä poisto uunista tai polttolaitteesta edellyttää. Toisin sanoen pääasia on, että uuni tai polttolaite toimii siten, että se tuottaa halutun määrän lämpöä sähkövoiman, prosessilämmön tms. tuottamiseksi, ja pelkistysprosessi on vain suunniteltu toimimaan tehokkaasti niiden enimmäis- ja vähimmäisarvojen rajoissa, joissa uuni normaalisti toimii. Edullisesti prosessin lämpötila on yli 650°C:n aina n. 1090°C:een asti, ja tavallisesti ΝΟχ:η pelkistysprosessi toimii n. 760-1040°C:n lämpötilassa kytkettynä leijukerros-kattilan kuumaan palamistuotekaasuvirtaan, ja prosessin NO^-arvot pysyvät hyvin nykyisten ympäristönsuojeluasetusten mukaisina.

Edellä mainitulla lämpötila-alueella edulliset ΝΟχ:η pelkis-timet ovat ammoniakki ja sen esiasteet. Ammoniakin esiasteita ovat esim. ammoniumkarbonaatti, ammoniumformaatti, ammonium-oksalaatti sekä urea, jonka tässä hakemuksessa katsotaan olevan ammoniakin esiaste. Ammoniakkia voidaan käyttää kaasumaisessa muodossa tai veteen liuenneena, ja esiasteiden vesi-liuoksia voidaan myös käyttää. Vaikka on epävarmaa, reagoiko urea suoraan NO:n kanssa ja/vai hajoaako se ensin ammoniakiksi, joka puolestaan osallistuu kemialliseen reaktioon, lopputulos on sama, ts. syntyy molekyylityppeä ja vesihöyryä, ja tästä syystä urean katsotaan olevan ammoniakin esiaste. Ureaa käytetään edullisesti nestesumupisaroiden muodossa esim. vesiliuoksena.

Käytettävän pelkistimen määrä riippuu palamistuotevirran kaasun koostumuksesta ja ulkoilmaan poistuvan kaasun vaadittavista savukaasuarvoista. Yleensä oletetaan, että ΝΟχ:η 1: i3 86691 pelkistimen määrä on 0,2 - n. ]0 moolia polttolaitteesta lähtevän kaasuvirran NOx-moolia kohti. Saattaa esim. olla välttämätöntä alentaa lopullisen kaasuvirran NC>x-pitoisuutta jopa 100 ppm:ään tiettyjen paikallisten ympäristönsuojelu- asetusten täyttämiseksi. Sellaisessa tapauksessa käytetään enemmän ΝΟχ:η pelkistintä kuin lievempien, esim. 150 tai 200 ppm:ää sallivien asetusten, ollessa kyseessä, olettaen ette käsiteltävän palamistuotekaasuvirran NO :n alkumäärä on r x sama.

Käytettäessä ammoniakkia tai sen esiastetta ΝΟχ:η pelkistimenä tulisi lisäksi ottaa huomioon kaasuvirran happipitoisuuden säätely, koska NH^ mahdollisesti reagoi C^sn kanssa, mikä on epäsuotavaa, koska tällöin syntyy lisää NO:ta. On havaittu, että tämän epäsuotavan reaktion nopeus on huomattavasti hitaampi edullisessa 820—930°C:n lämpötilassa kuin NH^:n ja NO: n välinen haluttu reaktio, mikäli epäsuotavaa reaktiota havaintojen mukaan katalysoivaa CaO:ta ei ole mukana prosessissa, ja näin ollen haluttu reaktio on vallitsevana olettaen, että pelkistin voidaan kunnolla ja läpikotaisin hajottaa koko palamistuotevirtaan heti, kun partikkelit ovat olennaisesti erottuneet siitä. Hapen mahdollisen vaikutuksen minimoimiseksi . . sitä kuitenkin edullisesti säädellään siten, että sykloniin pääsevä happivirta ei ylitä 10 tilavuusprosenttia. Tällainen säätely on tehokasta käytettäessä leijukerroskattilaa, jossa palaminen tapahtuu ilmakehän hapella, ja happisisältö voidaan hyvin pitää näissä rajoissa, samalla kun saavutetaan riittävä palaminen ja lämmönsiirto.

Kuviossa 1 esitetään esimerkki tyypillisestä kokonaisratkaisusta, jota on sovellettu hiilikattilan tai vastaavan palamistuotekaasuvirran NOx-tason alentamiseksi. Kuvassa on kattila, jossa hiilipartikkeleita poltetaan polttokamroiossa 35, jossa syntyy ylöspäin kohoava palamistuotevirta, jonka lämpötila saattaa vaihdella 760°C:sta 1540°C:een. Poltto- laitteen 35 yläpäästä lähtevä kaasuvirta kulkee kanavan 37 i4 86691 kautta konvektio-osaan 39, jossa suurin osa lämmöstä poistuu kuumasta kaasusta höyryn muodostukseen tms. Konvektio-osaan voidaan asentaa useampia lämmönsiirtoyksiköitä, kuten esi-lämmitin 41, joka sijaitsee aivan poikittain asennetun lämmön-siirtoyksikön 43 yläpuolella, joka yksikkö koostuu useista samansuuntaisista lämmönsiirtoputkista, jotka tukkivat kon-vektio-osassa 39 alaspäin kulkevan virran tehokkaasti ja saavat aikaan käytännöllisesti katsoen koko savukaasumäärän suunnanmuutoksen niin, että ko. kaasu virtaa kanavaan 23, joka johtaa yleensä vaakasuoraan kuvioissa 2 ja 3 yksityiskohtaisesti kuvatun kaltaiseen syklonierottimeen 11. ΝΟχ:η pelkis-timet syötetään neljän syöttölaitteen 31 kautta, jotka syöttölaitteet pistävät esiin syklonin katon läpi alaspäin ja sijaitsevat tasaisin välein rengasmaisella alueella 21 90° kulmassa toisiinsa nähden.

Käsitelty savukaasu poistuu ylöspäin poistokanavan 19 läpi putkimaiseen kanavaan 47, joka palauttaa kaasuvirran aivan ohjaavan lämmönvaihdinyksikön 43 alapuolella sijaitsevaan konvektio-osaan 39, josta kaasuvirta jatkaa alaspäin lisälämmön-siirtoyksiköiden 49, 51 ohi, jotka poistavat lisää lämpöä kaasuvirrasta, kunnes sen lämpötila on -laskenut oleellisesti lopulliselle tasolle. Tällöin kaasuvirta poistuu sivupoisto-kanavan 53 kautta, joka voi johtaa tuulettimen 54 kautta joko suoraan savupiippuun ja edelleen ulkoilmaan, tai kaasuvirran koostumuksesta riippuen jonkin pesurin tai hiukkastenkäsit-telylaitteen, kuten letkusuodatuskammion tai elektrostaattisen saostimen kautta ulos. Savukaasusta kuumasyklonissa 11 erottuneet kiintopartikkelit putoavat painovoiman vaikutuksesta alapoistoaukon 17 läpi, ja sopiva poistolaite, esim. vesijäähdytteinen ruuvikuljetin 55 poistaa ne. Partikkeleita voi pudota myös konvektio-osassa 39 ja ne voidaan poistaa samalla tavoin alapoistoaukon 57 kautta.

t is 86691

Kuviossa 4 esitetään vaihtoehtoinen suoritusmuoto, jossa edellä kuvatunlaisten komponenttien viitenumeroissa on heittomerkki. Palamistuotteet polttolaitteesta 35' kulkeutuvat samalla tavoin kanavan 37' kautta konvektio-osaan 39', joka käsittää ohjaavan lämmönvaihdinyksikön 43', ja esilämmitin-yksikkö 41' voidaan myös sijoittaa konvektio-osan yläosaan. Samanlainen syöttökanava 23' johtaa välittömästi ennen lämmön-vaihdinyksikköä 43' kuumasykloniin 11'. Tämä vaihtoehtoinen suoritusmuoto on suunniteltu joko kiinteiden ureapartikke-leiden tai vesipitoisen urealiuoksen syöttämiseen ΝΟχ:η pelkistämiseksi, ja syöttölaitteita 31' käytetään NO :n

X

pelkistimen kuljettamiseen tai sumuttamiseen ilman, savukaasun tai höyryn avulla. Edullisesti syöttölinja 63 syöttää höyryä syöttölaitteille 31', jotka sijaitsevat syklonissa 11'. Höyryä voidaan syöttää heti annostelulaitteen 34' jälkeen alkavan, ΝΟχ:η syöttölinjaa 33' seuraavan ja ympäröivän, samakeskeisen putken kautta syöttölaitteilla 31', jotka sijaitsevat rengasmaisella alueella 21', kuten edellä on selostettu.

Käsitelty kaasuvirta kulkee samoin spiraalimaisesti alaspäin syklonin sisällä ja sen jälkeen keskeltä ylöspäin poisto-kanavan 19' kautta, josta se palautuu konvektio-osaan 39' paluukanavan 47' kautta hieman ohjaavan lämmönvaihdinyksikön alapuolelle. Hiukkaset, jotka sisältävät lentotuhkaa, CaSO^:äa, CaCO^:a, CaO:ta ja jonkinverran ΝΟχ:η pelkistin-iauhetta (mikäli sitä käytetään), poistuvat kaasuvirrasta syklonikäsittelyn ansiosta ja joutuvat viimein alapoistoauk-koon 57. Poistettu hiukkasmateriaali, joka sisältää jonkinverran uunista peräisin olevaa tuhkaa, jaetaan kahteen osaan poisto-aukon kohdalla, ja ruuvikuljetin 55’ kuljettaa osan jätteisiin kuten kuvion 1 suoritusmuodossa. Jäljelle jäävä osa kierrätetään uudelleen ruuvikuljettimen 67 avulla, joka kuljettaa nämä partikkelit paineilmaputkeen 69, josta ne palautuvat syöttökanavaan 23' ja edelleen ennen syklonia kaasuvirtaan uudellenekiertoon.

ie 86691

Kanavassa 37' kulkevan kaasun analyysi ja poistokanavan 53’ kautta savupiippuun ja edelleen ulkoilmaan virtaavan kaasun analyysi osoittavat, että sekä NO - että SO -pitoisuus alene-vat olennaisesti, kun pelkistimia syötetään vain hyvin kohtuullisessa määrin.

Kuvio 5 esittää ratkaisua kiertopetikattilasta poistuvan palamistuotekaasuvirran NO -tason alentamiseksi. Kuvassa on r x kattila 135, jossa poltetaan leijupetissä bitumihiilipartik-keleita ja josta syntyy nouseva palamistuotevirta, jonka lämpötila on n. 840—900°C. Kattilan koko alueelta poistuu huomattava määrä lämpöä; esimerkkinä on yksi lämmönvaihdin-yksikkö 136 kattilan 135 yläosassa. Kattilan 135 yläosasta poistuva kaasuvirta kulkee lyhyen kanavan 137 kautta, jonka pystymittä on oleellisesti suurempi kuin puolet sylinteri-mäisen osan 113 korkeudesta, vaakasuorasti syklonierottimeen 111, joka on yleensä kuvioissa 2 ja 3 lähemmin esitetyn tyyppinen. ΝΟχ:η pelkistimet syötetään kahden syöttölaitteen 131 kautta, jotka laitteet ulottuvat syklonin sylinterimäisen sivuseinämän 113 läpi sisään joko rengasmaiselle alueelle 121 tai hieman sen alapuolelle, jota aluetta rajoittaa poisto-kanavan pystysuuntainen projektio, ja syöttölaitteet sijaitsevat samassa kulmassa toisiinsa nähden kuin syöttölaitteet 31a ja 31b kuviossa 2.

Käsitelty savukaasu poistuu ylöspäin poistokanavan 119 kautta putkimaiseen kanavaan 147, joka puolestaan ohjaa kaasuvirran konvektio-osalle 139, mistä kaasuvirta jatkaa alaspäin lisä-lämmönsiirtoyksiköiden 149 ja 151 ohi ja sen jälkeen kahden ilman välilämmitinsarjän 155 ja 157 ohi, jotka kuljettavat primääri- ja sekundääri-ilmaa leijukerroskattilaan. Väliläm-mittimet poistavat lisälämpöä kaasuvirrasta, kunnes sen lämpötila on laskenut oleellisesti lopulliselle tasolle. Tässä vaiheessa kaasuvirta poistuu sivupoistokanavan 153 kautta, joka johtaa letkusuodatuskammion 154 kautta savupiippuun ja edelleen ulkoilmaan.

i7 86691

Kuvio 6 on kaaviokuva keskipakoiserottimesta 111', joka on yleisesti ottaen samanlainen kuin kuviossa 5 esitetty. Tulo-kanava 137' johtaa erottimen yläosaan, jossa näkyy kuvion mukaan sylinterimäinen osa 113’, jonka korkeus on "h". Keskipoistokanava 119’ sijaitsee erottimen yläosassa ulottuen siitä alaspäin ja rajaten yläosaan rengasmaisen alueen. Kuvion mukaan poistokanava 119’ ulottuu n. 0,25 h alaspäin syklonin sisälle; edullisesti poistokanava ulottuu syklonin sisään n. 0,1 - 0,8 h. Kuvioissa on esitetty kaksi syöttölaitetta 131', jotka sijaitsevat samalla tavoin kuin kuvion 2 syöttölaitteet 31a ja 31b. Kun syklonin sisääntulossa on paljon kalkkikiveä tai kalkkipartikkeleita, syöttölaitteet ulottuvat edullisesti syklonin katosta n. 0,1 - 0,9 h alaspäin, ja kuvatussa suoritusmuodossa ne ulottuvat n. 0,7 h katosta alaspäin. Mikäli kaasussa on kuitenkin vain vähän tai ei lainkaan kiintoaineita, syöttölaite voi ulottua yli h:n mitan alaspäin, kunnes poistolaitteet ulottuvat kartion seinämään. Kuviossa on esitetty myös etäisyys L, joka on poistokanavan 119 ulkopinnan radiaalinen etäisyys pystysuoran sylinterimäisen sivuseinämän 113' sisäpinnasta. Kuvatuilla syöttölaitteilla tämä etäisyys on 0,5 L, ja kuten aiemmin on esitetty, edullinen etäisyys on n. 0,1 L - 0,8 L.

Kuvaava esimerkki esittää kooltaan n. 6 mm hiilihiukkasten polttamisen kattilan 135 leijupetin osana hiilen sisältäessä n. yhden painoprosentin typpeä ja n. kolme painoprosenttia rikkiä. Tällaista hiiltä syötetään leijukerroskattilaan 135 n. 50 t tunnissa ja lämpötilaltaan 200°C:n ilmaa syötetään ilman ja hiilen painosuhteessa 10:1. Käissä olosuhteissa hiilipartikkelit palavat siten, että syntyy peti, jonka lämpötila on n. 820-900°C. Suuri määrä lämpöä poistuu palamiskaasuista höyryä kehittävien tai vesijäähdytteisten putkien kautta, joita on sovitettu leijukerroskattilan 135 alueelle. Palamistuotekaasuvirta poistuu kattilan yläosasta n. 820—900°C:n lämpötilassa ja noin 65 miljoonan ACF:n tunti-nopeudella. Korkean rikkipitoisuuden omaavan hiilen palamis- 18 86691 tuotekaasun analyysi kanavassa 137 antaa tulokseksi 160 ppm NO :ää ja n. 300 ppm SO :ää.

Tämän kuuman palamistuotekaasumäärän kerääjänä käytetyssä syklonissa 111 on sylinteriosa, jonka, halkaisija on n. 4000 mm ja korkeus n. 5200 mm ja joka on sovitettu kartio-osan päälle. Sykloni on tehty hiiliteräksestä ja sen sisäpinta on kuumaeristetty n. 300 mm paksulla, syöpymistä kestävällä eristemateriaalilla. Poistokanava 19 on koaksiaalisesti sijoitettu; sen ulkohalkaisija on n. 1500 mm ja se ulottuu n. 900 mm syklonin katon alapuolelle muodostaen n. 900 mm korkuisen rengasmaisen vyöhykkeen, jonka säde on n. 1200 mm ja jossa alaspäin suuntautuva pyörre muodostuu. Syöttölaitteet 131 ovat putkia, jotka ulottuvat n. 100 mm alaspäin syklonin kattoa eristävästä, tulenkestävästä materiaalista ja ovat sisähalkaisijaltaan n. 20 mm:n mittaisia. Putket ovat ala-päästään avonaisia. Kaksi näistä putkista sijaitsee pääpiirteiltään kuvioiden 2 ja 3 mukaisesti, 180° kulmassa toisiinsa nähden rengasmaisen alueen sisällä ja radiaalisesti poistokanavan ulkopinnan ja syklonin sylinterin eristetyn sisäpinnan puolivälissä. Molempia syöttölaitteita syötetään pääsyöttölinjasta 133 sopivalla annostelulaitteella 134, jolla voidaan lisätä tai vähentää pelkistimen määrää leiju-kerroskattilassa syntyvien palamistuotteiden muodostumis-nopeudessa tapahtuvien vaihteluiden mukaan.

Kaasumaista ammoniakkia syötetään syöttölinjasta syöttölaitteille 131 syklonin rengasmaisen alueen 121 yläosiin n. 6800 g:n tuntivauhdilla. Syötetty ammoniakki hajoaa välittömästi koko sisäänsyötetyn kaasuvirran alueelle voimakkaan pyörteisen virtauksen aikaansaaman tehokkaan sekoittumisen ansiosta. Sykloniin tulevan kaasun lämpötila on n. 870°C. Poistokanavan 153 kautta savupiippuun ja edelleen ulos vir-taavasta kaasusta tehty analyysi osoittaa, että NO^-pitoisuus on n. 64 ppm.

19 86691

Toisessa esimerkkitapauksessa kooltaan enintään n. 6 nutun hiilipartikkeleita poltetaan kattilassa 135 leijukerrospetin osana, ja hiili sisältää noin yhden painoprosentin typpeä ja noin kolme painoprosenttia rikkiä. Tällaista hiiltä syötetään leijukerroskattilaan 135 n. 50 t tunnissa ja lämpötilaltaan n. ?00°C:n ilmaa syötetään ilman ja hiilen painosuhteessa 10:1. Näissä olosuhteissa hiilipartikkelit palavat n. 820-900°C:n lämpötilassa. CaCO^-kalkkikivihiukkasia syötetään kattilaan ja ne kalsinoituvat nopeasti CaCUksi. Kattilassa pääosa CaOista reagoi SO^rn kanssa muodostaen kalsiumsulfaattia. Suuri määrä lämpöä poistuu palamiskaasuista höyryä kehittävien tai vesijäähdytteisten putkien kautta, joita on sovitettu kattilan 135 koko alueelle, höyrynmuodostuksen ollessa tässä esimerkissä enimmillään n. 50 t/h, siten että leijukerrospetin lämpötila pysyy n. 840-890°C:ssa. Palamis-tuotekaasuvirta poistuu kattilan yläosasta n. 870°C:n lämpötilassa n. 65 miljoonan ACF:n tuntivauhdilla. Kanavasta 137 otettu kaasuanalyysi osoittaa, että NO :n määrä on noin 160 ppm ja SO :n määrä n. 300 ppm.

Tämän kuuman palamistuotemMärän kerääjänä käytetyssä syklonissa 111 on sylinteriosa, jonka halkaisija on n. 4000 mm ja korkeus n. 5200 mm ja joka sijaitsee kartio-osan päällä. Sykloni on valmistettu hiiliteräksestä ja sen sisäpinta on eristetty n. 300 mm paksulla, syöpymistä kestävällä eriste-materiaalilla. Poistokanava 19 on koaksiaalisesti sijoitettu; sen ulkohalkaisi ja on n. 1500 mm ja se ulottuu n. 900 mm syklonin katosta alaspäin muodostaen 900 mm korkuisen varsinaisen rengasmaisen alueen jonka säde on n. 1200 mm ja jossa alaspäin suuntautuva pyörre muodostuu. Syöttölaite 131 on keskiputki, joka ulottuu alaspäin syklonin kattoa eristävästä, tulenkestävästä materiaalista ja jonka sisähalkaisija on n. 6 mm. Putken alapää on avoin ja se sijaitsee radiaalisesti poistokanavan ulkopinnan ja syklonin sylinterin eristetyn sisäpinnan puolivälissä. Yhtä syöttölaitetta 131 syötetään sopivalla annostelulaitteella 134, jolla voi lisätä tai 20 86691 vähentää pelkistinvirtaa leijukerroskattilassa syntyvien palamistuotteiden muodostumisnopeudessa tapahtuvien vaihteluiden mukaan.

Vesipitoista urealiuosta, josta n. 50 painoprosenttia on ureaa, johdetaan n. 50°C:n lämpötilassa syöttölinjan kautta syöttölaitteeseen 131, jossa se hajotetaan höyryllä, jota virtaa koaksiaalisen 125 mm putken läpi, jonka pinta on myös jäähdytetty vaippa. Syöttölaite on vedetty syklonin katon läpi ja ulottuu siitä n. 1800 mm alaspäin. Urealiuosta syötetään suhteessa 1 ammoniakkimooli/1 NO -mooli. Syöttölaite on sijoitettu samoin kuin syöttölaite 31a, ja höyryllä hajotettu ammoniakki hajoaa heti koko tulokaasuvirran alueelle voimakkaan pyörrevirran aikaansaaman tehokkaan sekoittumisen ansiosta. Sykloniin tulevan kaasun lämpötila on n. 870°C. Poisto-kanavan 153 läpi savupiipun kautta ulos virtaavan kaasun analyysi osoittaa, että NH^sn karkaamista ei käytännöllisesti katsoen tapahdu lainkaan ja että O2- pitoisuus on n. 5,8 % ja että NO^-taso on laskenut 68 % n. 175 ppm:n tulotasosta eli n. 56 ppm:ään.

Uusintatestauksessa nostamalla mittapäätä siten, että hajotettua, vesipitoista urealiuosta syötetään n. 150 mm katon alapuolelle, ΝΟχ:η määrä vähenee n. 62 % moolisuhteen ollessa n. 1,43:1 (NO :n lähtötason ollessa n. 170 ppm ja 0_-pitoisuu-den n. 5,4 %) , ja edelleenkään ei tapahdu merkittävää NH^tn karkaamista. Nostamalla vesipitoisen urean syöttö n. 4 mooliin NH^:a yhtä NO^-moolia kohti saavutetaan 86 %:n pelkistys NH^:n päästön ollessa n. 10 ppm, kun lähtötilanne oli ollut n. 175 ppm NO . Jos kattilan toimintaa muutetaan siten, että NO :n

X X

lähtöarvoa pienennetään n. 135 ppmrään, syöttö samassa mooli- suhteessa vähentää NO :ää n. 82 % päästön ollessa n. 8 ppm.

X

Päästö ei saisi ylittää n. 44 ppm:ää, ja edullisesti se on n. 10 ppm tai sen alapuolella.

1, 2i 86691

Vaikka keksintöä on kuvattu tiettyjen edullisten suoritusmuotojen valossa, jotka ovat keksijöiden nykyhetkellä parhaiten tuntemia ko. keksinnön hyödyntämismuotoja, on selvää, että tiettyjä ammattimiehelle itsestään selviä muutoksia ja sovellutuksia voidaan tehdä poikkeamatta keksinnöllisestä ajatuksesta. Esimerkiksi yhden syklonin sijasta voidaan käyttää useampia rinnakkaisia sykloneja. Syklonin asemesta voidaan myös käyttää laitetta, joka synnyttää voimakkaan pyörteen syöttäen kaasuvirran tangentiaalisesti poikkileikkaukseltaan pyöreään tai soikeaan suljettuun tilaan. Syöttölaitteilla syötetään edullisesti lämmitettyä neste-liuosta viskositeetin alentamiseksi sekä kiinteiden aineiden saostumisen estämiseksi. Höyryä käytettäessä syöttölaitteet muodostavat joko hienoja tai korkeintaan 500 mikronin suuruisia pisaroita. Keksinnön erityispiirteet tuodaan lähemmin esiin seuraavissa patenttivaatimuksissa.

Claims

22 86691

1. Menetelmä kaasumaisten palamistuotteiden puhdistamiseksi alentamalla niiden NOx-pitoisuutta siten, että 5 kuumien, kaasumaisten palamistuotteiden virta saatetaan kosketukseen pelkistimen kanssa, mikä saa aikaan kemiallisen reaktion, joka alentaa NOx-pitoisuutta ainakin osan NOx:stä muuttuessa N2:ksi, sanotun pelkistimen ollessa ammoniakkia, ammoniakin esiastetta tai näiden sekoitusta höyrynä tai 10 höyryyntyvässä muodossa ja kaasuvirran lämpötilan ollessa vähintään n. 760°C, tunnettu siitä, että kaasuvirtaan syötetään pelkistintä kaasuvirran kulkiessa sellaisen alueen läpi, jolla vallitsee voimakas pyörre ja jolla hiukkasmaiset aineet on jo olennaisesti erotettu 15 kaasuvirrasta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistintä syötetään kaasuvirtaan riittävästi, jotta kaasuvirran NOx-pitoisuus alenee korkeintaan 200 20 ppm:n tasolle.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistimen syöttäminen tapahtuu kuumasyk-lonierotinlaitteen radiaaliselle nollanopeusvyöhykkeelle, 25 joka sijaitsee radiaalisesti syklonierotinlaitteen ulkopinnan sisäpuolella, jolloin pelkistin jakaantuu nopeasti koko kaasuvirran alueelle, kun sanottu kaasuvirta sen jälkeen kulkee spiraalimaisesti syklonierotinlaitteessa.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistintä syötetään kaasuvirtaan peräkkäin monissa kohdin, kunkin kohdan ollessa pääasiallisesti ympyrällä, joka sijaitsee rengasmaisella alueella kuumasyk-lonierotinlaitteessa laitteen sylinteriseinämän ja kaasun-35 poistokanavan välissä, jolloin ympyrän etäisyys kaasunpois-tokanavasta on n. 0,1L - 0,8L, kun L on rengasmaisen alueen radiaalinen leveys. li 23 8 6 6 91

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ympyrän etäisyys poistokanavasta on n. 0,5L.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu 5 siitä, että pelkistintä syötetään n. 0,2 - 10 moolia yhtä N0X-moolia kohti.

7. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että NOx:n pelkistimen vesipitoinen liuos hajotetaan 10 höyryn avulla.

8. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että N0X:n pelkistin syötetään kaasuvirtaan, jonka lämpötila on n. 760 - 1040°C. 15

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistin syötetään kaasuvirtaan, jonka 02 -pitoisuus ei ylitä 10 tilavuusprosenttia.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasuvirtaan syötetään vesipitoista urealiuosta, joka hajotetaan höyryn avulla.

11. Järjestelmä kaasumaisten palamistuotteiden puhdis-25 tamiseksi alentamalla niiden N0X-pitoisuutta siten, että ne saatetaan kosketukseen pelkistimen kanssa, joka järjestelmä käsittää kanavan (23,137) kaasumaisen palamistuotevir-ran kuljettamiseksi vähintään n. 760°C:n lämpötilassa ja kuumasyklonierotinlaitteen (11,111), joka on yhdistetty 30 sanotun kanavan poistoaukkoon siten, että kanavasta poistuva kaasuvirta siinä saatetaan pyörteiseksi, tunnettu siitä, että kuumasyklonierotinlaitteeseen on järjestetty syöttö-laitteisto (31,131) pelkistimen syöttämiseksi kaasuvirtaan sen tultua kuumasyklonierotinlaitteeseen. 35

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että pyörteitä muodostava laite (11,111) on syk-lonierotin ja että syöttölaite syöttää pelkistintä olen- 24 86691 naisesti nollanopeusvyöhykkeelle, joka sijaitsee radiaali-sesti syklonierottimen ulkorajan sisäpuolella, jolloin pelkistin jakaantuu nopeasti koko kaasuvirran alueelle, kun sanottu kaasuvirta sen jälkeen kulkee spiraalimaisesta 5 alaspäin.

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että pyörteitä synnyttävä laite (11) on sykloniero-tinlaite, johon kuuluu sylinteriosa (13) sekä sen sisällä 10 poikkileikkaukseltaan yleensä pyöreä poistokanava (19) ja että syöttölaite (31) sijaitsee oleellisesti radiaalisesti sylinteriosan sisäpuolella, mistä se syöttää pelkistintä rengasmaiselle alueelle (21) poistokanavan ja sylinteriosan väliin. 15

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että syöttäminen tapahtuu useista kohdista syklonierottimen yläpinnan läpi.

15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että syöttölaite ulottuu syklonierotinlaitteen sylinterimäisen pystysivuseinämän (113) läpi sisäänpäin ja sijaitsee alueella, joka on 10-80 % syklonin pystysuoran sylinteriosan sisäkorkeudesta ylhäältäpäin kaatsottuna.

16. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että syöttölaite on suunniteltu syötämään nestettä korkeintaan 500 mikronin suuruisina pisaroina.

17. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että syöttölaite on suunniteltu syöttämään NOx:n pelkistintä vesipitoisen urealiuoksen muodossa sykloni-erotinlaitteeseen.

18. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että pelkistintä kaasuvirtaan syöttävä syöttölaite (31,131) sijaitsee poistokanavan ja sylinteriseinämän (13,113) välissä radiaalietäisyydellä 0,1L - 0,8L, kun L l· 25 86691 on sanotun poistokanavan ja sylinteriosan välinen etäisyys.

19. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että syöttölaite syöttää NOx:n pelkistintä syk-5 lonierotinlaitteeseen n. 0,1 - 0,9h:n korkeudelta, kun sylinteriosan (113) korkeus on h. 26 86691