FI88362B - Anordning foer avlaegsning av kvaeve fraon kraftverksavgaser - Google Patents

Description

8 8 362

Laite typen poistamiseksi voimalaitosten poistokaasuista -Anordning för avlägsning av kväve fr an kraftverksavgaser

Keksintö koskee laitetta typen poistamiseksi erityisesti 5 savukaasun rikinpoistolaitteesta tulevista voimalaitoksen poistokaasuista (raakakaasu), jotka kuumennetaan ennen ammoniakin suihkuttamista kata lysaat toriprose s sin vaatimaan lämpötilaan vaihtamalla lämpöä kaasujen kanssa, joista typpi on poistettu (puhdaskaasu), ja tuomalla lisälämpöä.

10

Tunnetussa laitteessa typen poistamiseksi voimalaitoksen poistokaasuista raakakaasujen kuumentaminen tapahtuu re-generatiivi1ämmönvaihtimessa, jonka lämpöä siirtävät pinnat kuumennetaan katalysaattoreista tulevilla puhdaskaasui1 la. 15 Regeneratiivi1ämmönvaihtimesta 1iityntäistukan kautta lähtevät puhdistetut raakakaasut joutuvat raakakaasujohdon kautta 1isäkuumennus1 aitteeseen, jossa raakakaasut kuumennetaan katalysaattoreiden käytön vaatimaan lämpötilaan.

Kun raakakaasu on virrannut kuumennus laitteen läpi, siihen 20 lisätään ammoniakkia, minkä jälkeen kaasujen sekoituttua kaasuseos joutuu katalysaattoreihin. Kaasut, joista typpi on poistettu, johdetaan seuraavaksi puhdaskaasujohtoa pitkin takaisin regeneratiivilämmönvaihtimeen, jonka läpi mainitut kaasut virtaavat kuumentaen lämmittäviä pintoja.

25 Tämän tunnetun laitteen epäkohta ovat regeneratiiviiämmön-vaihtimen halkeama- ja vuotohäviöt, jotka rajoittavat saavutettavaa typenpoistoastetta ja siten laitteen hyötysuhdetta. Lisäksi tunnettu laite vaatii regeneratiivimas-30 san vaatiman käyttöenergian valmiutta sekä lisäenergiaa suotoi1manpuha11imen käyttöä varten. Typenpoisto 1 aitteen tilantarve on suuri, mikä johtuu erityisesti vaikutusalaltaan erilaisesta ja siten tasoitusta vaativasta lämpötilajakautumasta regeneratiivilämmönvaihtimen poisto-osassa.

35 Lisäksi regeneratiivilämmönvaihtimesta johtavilla raaka- 2 88362 kaasujohdoi1 la ja katalysaattoreista takaisinjohtavi1 la puhdaskaasujohdoi11 a on suuri tilantarve. Lisäksi typen-poistolaitteen vapaat pinnat vaativat vastaavia toimenpiteitä lämmöneristämiseksi, jotta lämpöhäviöt eivät aiheuta 5 hyötysuhteen huononemista.

Keksintö perustuu siten ongelmaan energiaa säästävän laitteen tuottamiseksi typen poistamista varten voimalaitoksen poistokaasuista, jolloin mainitun laitteen typenpoisto-10 aste on hyvä ja siinä on helppo pääsy huoltotöitä vaativiin rakenneosiin tilantarpeen ollessa vähäinen.

Tämän ongelman tekniseksi ratkaisuksi ehdotetaan, että raaka- ja puhdaskaasun väliseen 1ämmönvaihtoon järjestetään 15 1evy1ämmönvaihdin, jonka vierekkäin tai myös peräkkäin kytketyt 1ämmönvaihtoe1ementit toimivat risti-vastavirrassa, että lisälämpö lisätään levylämmönvaihtimen poistokanavassa, mitä seuraa ammoniakkisumutus ja että tämän poisto-kanavan loppuun järjestetään ohjauskupu, jonka poiston 20 ja typettömäksi tehtyjen kaasujen levylämmönvaihtimeen paluun välille on järjestetty katalysaattorit.

Tällä tavoin rakennetun laitteen etuna on, että siinä huolimatta vähäisestä rakennusti1avuudesta ja lyhyistä 25 raaka- ja puhdaskaasujohdoista on helppo pääsy niihin rakenneosiin, joissa huoltotyöt ovat tarpeen. Pienen raken-nustilavuden seurauksena laitteessa on vain vähän vapaita pintoja siten, että vältetään lämpöhäviöt ja energian hyötysuhde paranee. Siinä auttaa osaltaan myös ilman kävt-30 töenergiaa toimivan levylämmönvaihtimen käyttö, jolloin 1ämmönvaihdin on lisäksi regeneratiiviesilämmittimeen verrattuna vapaa halkeamista ja vuodoista, jolloin saavutetaan parempi typenpoistoaste ja siten parempi laitteen hyötysuhde.

35 f 3 88362

Tunnetussa regeneratiiviesi1ämmittimessä ilmenevä kuluminen sekä tällaisten lämmönvaihdinten aiheuttama melu vältetään; lisäksi suotoilmanpuhaltimen energian tarve jää pois.

5 Levy1ämmönvaihtimen poisto-osassa lämpötilajakautuma on lähes tasainen, minkä vuoksi 1isäsekoitusvaiheet jäävät pois ja kaasuvirtojen suunnan muuttaminen on mahdollista pienessä tilassa.

10 Laitteessa käytettävä levylämmönvaihdin on mahdollista rakentaa yksittäisistä moduleista, mikä puolestaan tekee mahdolliseksi lämmönvaihtimen yksinkertaisen sovittamisen kulloinkin vaadittavan typenpoistolaitteen suorituskyvyn ja koon mukaan. Johtuen tiiviistä typenpoistolaitteen 15 kokoonpanosta ei tarvita rakennusta, vaan laite voidaan pystyttää kokonaisuudessaan ulkoilmaan.

Kehitettäessä keksintöä edelleen laite voidaan jakaa useampiin rakenneryhmiin, jotka ovat yksitelleen kytkettävissä 20 toisiinsa ja erilleen. Tällä tavoin kytkemällä irti yksit-. *: täiset kammiot typenpoistolaite on myös kuljetettavissa ·.*: osaku 1 jetuksena. Yksittäisten kammioiden kytkeminen irti helpottaa myös korjaus-, huolto- ja puhdistustöiden suorit- ” tamista.

25

Keksinnön toisen tunnusmerkin mukaan raakakaasuun lisätään lämpöä höyryllä kuumennettavan kaasunesilämmittimen avulla, joka on sijoitettu levylämmönvaihtimen poistokanavaan ennen ammoniakki suihkutusta. Siten virtauksessa vallitsee ... 30 poistokanavan lopussa ja ennen tuloa katalysaattoriin * sama lämpötilajakautuma. Päinvastoin kuin käytettäessä "·*·* 1 i säpol tt imia ei muodostu 1 isäpoistokaasuja, jolloin typen- :·*; poistoaste paranee.

35 • · • « 4 88362

Toiseen suuntaan ohjatun raakakaasuvirran tasoittamiseksi on lisäksi edullista järjestää ohjauskupuun sekoituslait-teet, esimerkiksi rakentamalla pyörrepintoja.

5 Erityisen hyvä pääsy rakenneosiin saavutetaan esimerkiksi niiden tasoon järjestetyn yhteisen työsi lian avulla, samalla kun keksinnön muun muodon mukaan höyryllä kuumennettavat kaasunesi1ämmittimet ja katalysaattorit on järjetetty toiseen tasoon.

10

Keksinnön muun muodon mukaan ohjauskuvun virtauspoikki-leikkaus vastaa katalysaattorien poikkileikkausta, ja sen pituus on vähintään kaksin kertainen tuloleveyteen verrattuna. Tällä tavoin huolimatta tiiviistä rakenteesta saadaan 15 riittävän pitkä sekoitusmatka, lisäksi painehäviöt jäävät vähäisiksi kaventumien puuttumisen seurauksena.

Seuraavaksi keksinnön suhteen ehdotetaan, että puhdaskaasun pa 1autusvirtakanavat levylämmönvaihtimen sisällä ovat 20 suoraviivaisesti läpilulkevia. Siten puhdaskaasukanavat on helppo puhdistaa, erityisesti ammoniumbisulfaatista, jonka poisto aika ajoin on välttämätöntä.

Piirroksissa esitetään keksinnönmukaisen laitteen suori-25 tusesimerkit, jolloin piirroksista kuva 1 esittää osittain leikattua, perspektiivistä näkymää laitteesta typen poistamiseksi voimalaitoksen poistokaasuista ensimmäisessä suoritusmuodossa; kuva 2 esittää osittain leikattua, perspektiivistä näkymää 30 laitteesta typen poistamiseksi voimalaitoksen poistokaasuista toisessa suoritusmuodossa.

Kuvassa 1 esitetty laite palvelee erityisesti savukaasun rikinpoistolaitteesta tulevien voimalaitoksen poistokaa-35 sujen typenpoLstossa ja koostuu kahdesta rakennesosasta; 5 88362 kuumennusosasta 1 sekä sen päälle sijoitetusta typenpoisto-osasta 2. Sekä kuumennusosa 1 että myös typenpoisto-osa 2 koostuvat suoritusesimerkissä neljästä rakenneosasta, jolloin kulloinkin kaksi rakenneosaa, kuten kuvan 1 ala-5 osasta on todettavissa, toimivat yhden yhteisen liityntäis-tukan 3 avulla, jonka kautta johdetaan voimalaitoksesta tuleva raakakaasu, josta typpi on poistettava. Molempiin istukoihin liittyy jakaja 11. Kahden muun, piirroksessa vain osittain esitetyn kokoajan 12 kautta ja laitteen 10 selkäpuolelle muodostettujen istukoiden kautta, typettömäk-si tehty kaasu, jota seuraavassa kutsutaan "puhdaskaasuk-si", lähtee laitteen kuumennusosasta 1.

Kuumennusosa 1 muodostuu neljää rakennusosaa vastaavasti 15 neljästä 1evy1ämmönvaihtimesta 4. Piirroksen yksinkertaistamiseksi viitenumerot on merkitty vain kuvassa 1 oikealla olevaan rakennusryhmään; ne ovat kuitenkin voimassa samalla tavoin muissakin kolmessa rakennusryhmässä.

20 Jokainen 1evylämmönvaihdin 4 koostuu kolmesta päällekkäin . ·: asetetusta lämmönvaihdinportaasta 5', 5’’ ja 5" ' . Jokainen lämmönvaihdinporras 5’, 5’’ ja 5'’’ koostuu kahdesta läm-: : : mönvaihtoe1ementistä 6a ja 6b, jotka ovat aina pareittain ·· samalla korkeudella ja samalla etäisyydellä toisistaan.

25 Yleisnäkymän vuoksi kuvassa 1 esitetään vain ylimmän 1äm-mönvaihdinportaan 5’’’ 1 ämmönvaihtoe 1 ement i t 6a ja 6b.

Levylämmönvaihdinta 4 käytetään risti-vastavirrassa, jolloin pystysuoraan alas virtaava kuuma puhdaskaasu virtaa 30 kulloinkin päällekkäin sijoitettujen lämmönvaihtoelement-'·" " tien 6a tai 6b läpi susoraviivaisesti, samalla kun kuumen- ·.'.· nettava raakakaasu virtaa lämmönvaihtoel ement tien 6a, 6b läpi suorassa kulmassa. Istukan 3 kautta virtaava raakakaa-su joutuu ensin alimman lämmönvaihdinportaan 5’ ulkopuolel-·- 35 le, virtaa sen 1ämmönvaihtoelementtien läpi sisään yhtei- 6 88362 seen kokoomakanavaan 7, nousee tässä kokoomakanavassa 7 keskimmäisen 1ämmönvaihdinportaan 5’’ korkeudelle ja virtaa sen 1ämmönvaihtoe1ementtien läpi ulos. Keskimmäisen lämmön-vaihdinportaan 5’’ lämmönvaihtoelementeistä poistuva raaka-5 kaasu joutuu ulkopuolelle sijoitettuihin toisiin kookoma-kanaviin 8a ja 8b, joissa raakakaasu nousee ylimmän läm-mönvaihtoportaan 5’’’ alueelle ja virtaa sisään sen lämmön-vaihtoelementtien 6a ja 6b läpi. Kuumennettu raakakaasu joutuu seuraavaksi poistokanavan 9 kautta, joka suoritus-10 esimerkissä on pienennetyn puo1isuunnikkan muodossa, laitteen typenpoisto-osaan 2.

Poistokanavan 9 kummallekin puolelle liittyvät samalla tavoin muodostetut palautusvirtakanavat 10a ja 101b, 15 joiden kautta typenpoisto-osasta 2 takaisin virtaava puh-daskaasu joutuu 1evylämmönvaihtimeen 4 raakakaasun kuumentamiseksi risti-vastavirrassa. Pa 1autusvirta kanaalit 10a ja 10b kulkevat samassa pystysuorassa tasossa, jossa ovat myös yksittäisten 1ämmönvaihdinportaiden 5’, 5’’ ja 5’’’ 20 lämmönvaihtoelementit siten, että typettömäksi tehty kaasu virtaa pystysuorassa suunnassa 1ämmönvaihtoe1ementtien läpi ilman suunnan vaihtoa. Alimmasta lämmönvaihdinportaas-ta 5’ poistuva puhdaskaasu joutuu kulloinkin kahden rakenneosan sijoitettuun yhteiseen kokoajaan 12 ja sieltä savu-25 piipun kautta ulkoilmaan.

Typenpoisto-osasta 2 1evy1ämmönvaihtimeen 4 takaisin vir-taavan puhdaskaasun lämpötila on sisääntu1ovaiheessa noin 320°C ja poistumisvaiheessa noin 85-90°C. Vastaavasti 30 risti-vastavirtaan johdettu, savukaasun rikinpoistolait-teesta tuleva raakakaasu kuumennetaan noin 55-60°C:n si-sääntulolämpötilasta noin 290°C:n lämpötilaan poistokanavassa 9.

35 7 88362

Jokaisen neljän rakennusosan typenpoisto-osa 2 koostuu kolmesta toisiinsa nähden samansuuntaisesta kanavasta. Keskimmäinen ylhäältä avoin kanava muodostaa poistokanavan 9 pidennyksen ja on muun muassa varustettu yhdellä kahdesta 5 päällekkäin asetetusta kuumennuspinnasta muodostetulla 1ämmitys1 aittee 11 a 13, jonka avulla 1evy1ämmönvaihtimesta 4 noin 290°C:isena lähtevä raakakaasu kuumennetaan katalysaattorin toiminnassa välttämättömään noin 320°C:n lämpötilaan. Lämmitys laitteen 13 yläpuolella on ammoniakinsvöt-10 töjohto 14, jossa on yksittäiset poistosuuttimet, joiden kautta nousevaan raakakaasuvirtaan lisätään ammoniakkia. Ammoniakin syöttö voi tapahtua myös lämmitys laitteen 13 yläpuolella tai sisäpuolella. Ammoniakinsyöttöjohdon 14 suutinten yläpuolelle asetetut pyörrerakennelmat 15 saavat 15 aikaan ammoniakin hyvän jakautumisen virtaukseen.

Jokaisen rakenneryhmän typenpoisto-osan 2 ylimmän sulkuosan muodostaa ohjauskupu 16. Ohjauskupu 16, joka on muodoltaan suunnilleen alaspäin avonainen U, ympäröi poistokanavan 9 : 20 yläaukkoa 17 pienen välimatkan päästä siten, että poisto- .·. ; kanavasta 9 tuleva savukaasu ohjataan 180°:isesti ulospäin !..* ja se joutuu kahteen ulkopuolella olevaan, palautusvirta- kanavien 10a ja 10b pidennyksestä muodostettuun typenpois-;;; tokanavaan 18a ja 18b, jotka rajoittuvat ulkopuolelta "·' * 25 ohjauskuvun 16 sivuseiniin.

Typenpoistokanaviin 18a ja 18b on asetettu katalysaattorit 19a ja 19b typen poistamiseksi kuumista ammoniakilla rikastetuista savukaasuista. Pyörrerakennelmien 15 vaikutuksen 30 tukemiseksi voidaan katalysaattorien 19a ja 19b yläpuolelle asentaa muita sekoituslaitteita ohajauskuvun 16 ohjaaman ·; raakakaasuvirran saamiseksi tasaiseksi. Katalysaattoreista 19a ja 19b poistuva, typettömäski tehty savukaasu joutuu seuraavaksi palautusvirtakanavien 10a ja 10b kautta takai-*·*; 35 sin 1 evy 1 ämmönvaihtimeen 4.

β 88362 Lämmitys 1 aitteet 13 ovat ensisijaisesti höyryllä lämmitettyjä kaasunesi1ämmittimiä ja ne on asetettu samaan tasoon katalysaattorien 19a ja 19b kanssa. Tällä tavoin näihin paljon huoltoa tarvitseviin rakenneosiin on helppo pääsy, 5 koska vastaaville tasoille on asennettu työsillat 20 oh-jauskupujen 16 ympärille.

Ohjauskuvun 16 leveyden määräämä typenpoistokanavien 18a ja 18b virtauspoikkileikkaus määräytyy katalysaattorien 10 19a ja 19b poikkileikkauksen mukaan, jolloin ohjauskuvun 16 pituus vastaa vähintään poistokanavan 9 ylimmän aukon 17 kaksinkertaista poikkileikkausta, jolloin saadaan riittävän pitkä sekoittumismatka ennen katalysaattoreita 19a ja 19b ja paine-erot saadaan pidetyksi vähäisinä kaventu- 15 mien puuttumisen seurauksena.

Kuvassa 2 esitetyssä laitteen toisessa suoritusmuodossa typen poistamiseksi voimalaitoksen poistokaasuista kuumen-nusosa 1 on rakennettu samalla tavoinkuin edellä esitetys-20 sä, kuvan 1 mukaisesa suoritusmuodossa. Savukaasun johta-mainen typenpoisto-osassa 2 tapahtuu kuitenkin toisella tavalla, jolloin ratkaiseva ero on siinä, että kulloinkin kuumennusosan 1 kaksi rakenneryhmää muodostaa yhteisen typenpoisto-osan 2 kulloinkin yhden ohjauskuvun 16 kanssa. 25 Levy 1ämmönvaihtimesta A nousevien raakakaasujen jakautuminen 1ämmitys1 aitteella 13 varustettuun kuumennuskanavaan 21 sekä katalysaattoreista 19 poistuvien, typettömäksi tehtyjen puhdaskaasujen johtaminen takaisin levylämmönvaih-timeen A saadaan aikaan kuuemnnusosan 1 ja typenpoisto-30 osan 2 välille lisätyn virtauksenjakajan 22 avulla. Vir- tauksenjakaja 22 toimii käyttäen järjestelmää, johon kuuluu useimmiten tetraedrin muotoisia jakokupuja 23, joiden ulkopinnat johtavat raakakaasun typenpoisto-osaan 2 ja joiden sisäpinnat johtavat typettömäksi tehdyn puhdaskaasun 35 takaisin kuumennusosaan 1.

9 88362

Kuvasta 2 on pääteltävissä, että jokainen ohjauskuvuista 16 ympäröi 1ämmitys1 aittei11 a 13 sekä ammoniakinsyöttöput-kella IA varustettua kuumennuskanavaa 21 ja niistä pystysuoralla seinällä 2A erotettuja katalysaattoreita.

5 180°risen suunnanvaihdon parantamiseksi kuumennuskanavan 21 ja typenpoistokanavan 18 välillä on ohjauskupuun 16 asennettu ohjauspellit 25, jotka 90°:n kulmien muodossa vaikuttavat paitsi savukaasuvirran kiertoon myös sen tasaisuuteen katalysaattorien 19 poikkileikkauksen kautta.

10 Samoin kuin kuvan 1 mukaisessa suoritusesimerkissä on höyryllä kuumennettuina kaasunesilämmittiminä esiintyvät 1ämmitys1 aitteet 13 järjestetty katalysaattoreiden 19 tasoon.

* * · * · · φ · • · • · « » · 10 88362 V i i t enumero luettelo 1 Kuumennusosa 2 Typenpoisto-osa 5 3 Liityntäistukka 4 Levy 1ämmönvaihdin 5’ Lämmönvaihdinporras 5'' Lämmönvaihdinporras 5’’' Lämmönvaihdinporras 10 6a Lämmönvaihtoelementti 6b Lämmönvaihtoelementti 7 Kokoomakanava 8a Kokoomakanava 8b Kokoomakanava 15 9 Poistokanava 10a Pa 1autusvirtakanava 10b Pa 1autusv i rtakanava 11 Jakaja 12 Kokoaja 2 0 13 Lämmitys1 aite 14 Ammoniakinsyöttöjohto 15 Pyörrerakennelmat 16 Ohjauskupu 17 Yläaukko 25 18a Typenpoistokanava 18b Typenpoistokanava 19 Katalysaattori 19a Katalysaattori 19b Katalysaattori 30 20 Työsilta 21 Kuumennuskanava 22 Virtauksenjakaja 23 Jakokupu 24 Seinä 35 25 Ohjauspelti

Claims (8)

1. Laite typen poistamiseksi ensisijaisesti savukaasun rikinpoistolaitteesta tulevista voimalaitoksen poistokaa-5 suista (raakakaasu), jotka kuumennetaan ennen ammoniakin suihkuttamista vaihtamalla lämpöä typettömäksi tehtyjen kaasujen (puhdaskaasu) kanssa ja tuomalla lisälampöä lämpötilaan, joka tarvitaan katalysaattoriprosessissa, tunnettu siitä, että raakakaasun ja puhdaskaasun 10 välistä 1ämmönvaihtoa varten on järjestetty levylämmönvaih-din (4), jonka sekä vierekkäin että myös peräkkäin kytketyt lämmönvaihtoelementit (6a, 6b) toimivat risti-vastavirrassa, että lisälämpö lisätään levylämmönvaihtimen (4) poistokanavassa (9), ja seuraavaksi tapahtuu ammoniakin 15 suihkutus, ja että tämän poistokanavan (9) loppupäähän on asetettu ohjauskupu (16), jonka poistokohdan ja typettömäksi tehtyjen kaasujen lämmönvaihtimiin (4) paluukohdan välille on järjestetty katalysaattorit (19, 19a, 19b).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnet - t u jaottelusta useampiin rakenneryhmi in, jotka on kytket-tävissä yksitellen toisiinsa ja erilleen toisistaan.

·;* 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, t u n - 25. e t t u siitä, että raakakaasuun lisätään lämpöä höyry 1-lä kuumennetun kaasunesi 1 ämmittimen (13) avulla, joka on asetettu ennen ammoniakki suihkua (14) levylämmönvaihtimen (4) poistokanavaan (9,21).

4. Patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laite, t u n - n e t t u siitä, että ohjauskupuun (16) on järjestetty .*.* - sekoitus 1 aitteet (15, 25) toiseen suuntaan ohjatun raaka- kaasuvirran saamiseksi tasaiseksi. 35 12 88362

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että pyörrerakenneImien pinnat muodostavat sekoituslaitteen (15). 5

6. Vähintään yhden patenttivaatimuksen 1-5 mukainen laite, t unnettu siitä, että höyryllä kuumennetut kaasun-esilämmittimet (13) ja katalysaattorit (19, 19a, 19b) on järjestetty yhteen tasoon. 10

7. Vähintään yhden patenttivaatimuksen 1-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että ohjauskupu (16) on muodostettu siten, että sen virtauspoikki1eikkaus vastaa katalysaattorien (19a, 19b) poikkileikkausta ja sen pituus vastaa kaksinkertaista sisääntu1oputken leveyttä. 15

8. Vähintään yhden patenttivaatimuksen 1-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että puhdaskaasun pa 1autusvirta-kanavat (10a, 10b) 1evy1ämmönvaihtimen (4) sisällä on muodostettu suoraviivaisesti läpikulkeviksi. 13 88362