FI93315C - Menetelmä ja laitteisto savukaasujen puhdistamiseksi - Google Patents

Description

93315

Menetelmä ja laitteisto savukaasujen puhdistamiseksi

Keksintö kohdistuu oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa esitettyyn menetelmään savukaasujen 5 puhdistamiseksi sekä oheisen patenttivaatimuksen 4 johdanto-osassa esitettyyn laitteistoon em. menetelmän toteuttamiseksi.

Voimalaitosten polttokattiloiden savukaasujen puhdis-10 tus- ja lämmöntalteenottolaitteistoina käytetään yleisesti savukaasupesureita, joilla vähennetään erityisesti kattiloiden rikkidioksidipäästöjä. Näissä savukaasut johdetaan savukaasupesurin alaosaan, jossa tapahtuu savukaasujen pesu. Pesuriin voi liittyä myös 15 muita toimintoja, kuten yläosassa tapahtuva vesihöyryn lauhdutus savukaasuista lämmön talteenottamiseksi.

Savukaasujen pesuun pesurin alaosassa käytetään alkalista pesuliuosta. Pesuliuos suihkutetaan savukaa-20 sujen sekaan suutinten läpi, jolloin savukaasuissa olevat epäpuhtaudet, kuten esimerkiksi rikkidioksidi, vetykloridi ja pöly sitoutuvat pesuliuokseen. Pesu-liuosta kierrätetään pesurissa pesukiertona, josta sitä poistetaan selkeytysaltaaseen, jossa liuos ja 25 erottuva kiintoaines neutraloidaan vaatimusten mukai sesti .

Savukaasujen pesuun käytetään yleisesti natriumhydrok-sidivesiliuosta pesukemikaalina. Poltettaessa runsas-30 rikkistä polttoainetta, kuten esimerkiksi runsasrik- kistä öljyä, tämä aiheuttaa huomattavat käyttökustannukset vuodessa natriumhydroksidin hinnan johdosta.

Keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä ja 35 laitteisto, joilla voidaan vähentää käyttökustannuksia kuvatuissa laitoksissa ja käyttää hyväksi laitosten prosesseissa syntyviä, lähinnä jätteiksi luokiteltavia aineita. Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön 9331 5 2 mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa. Keksintö perustuu siihen yllättävään havaintoon, että eräiden kiinteiden polttoaineiden 5 tuhka sisältää huomattavassa määrin aikalisiä aineita, joita voidaan käyttää pesunesteessä. Lisäksi monissa laitoksissa on jo rikkidioksidipitoisia savukaasuja synnyttävien kattiloiden, kuten öljykattiloiden ohella myös kiinteän polttoaineen kattiloita, joiden tuhkasta 10 voidaan alkaliset ainesosat siirtää veteen, ja näin saatu pesuneste johdetaan savukaasupesuriin savukaasujen puhdistamiseksi. Tämä vähentää ostettavan kemikaalin määrää tai voi poistaa sen tarpeen jopa kokonaan, riippuen rikkipitoisen polttoaineen ja syntyvän 15 käyttökelpoisen tuhkan suhteesta laitoksessa.

Keksinnön edullisia toteutusvaihtoehtoja on esitetty oheisissa epäitsenäisissä vaatimuksissa 2-3. Erityisen sopivana pesukemikaalia korvaavana tuhkana on kiinteän 20 polttoaineen synnyttämistä savukaasuista erotettu lentotuhka.

Laitteistolle em. menetelmän toteuttamiseksi on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisen 25 patenttivaatimuksen 4 tunnusmerkkiosassa. Laitteistossa on osat, jotka mahdollistavat tuhkan annostelemisen ja syötön savukaasupesuriin. Laitteisto on helppo asentaa jo olemassaolevien laitosten yhteyteen, joissa on kiinteän polttoaineen kattila, rikkipitoisia 30 savukaasuja synnyttävä kattila sekä savukaasupesuri.

Oheisissa epäitsenäisissä vaatimuksissa 5-7 on esitetty muita keksinnön edullisia toteutusvaihtoehtoja. Annostelulaitteet voidaan sijoittaa lentotuhkan 35 erottimen, kuten syklonin tai sähkösuodattimen yh teyteen. Kysymykseen tulevina sovellutuksina voi olla öljykattilan käsittävä voimala, jossa on alkalista tuhkaa tuottava kiinteän polttoaineen kattila, tai myös 9331 5 3 sulfaattisellutehtaan hajukaasujen polttolaitos, jolloin saman tehtaan alkalista tuhkaa tuottavaa kiinteän polttoaineen kattilaa, kuten esim. kuorikatti-laa voidaan käyttää hyväksi.

5

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää keksintöön liittyvää prosessikaa- 10 viota, ja kuva 2 esittää oleellista keksintöön liittyvää osaa prosessissa.

15 Kuvassa 1 on esitetty lämpövoimalaitoksen proses sikaavio. Laitokseen kuuluu yksi tai useampia öljykat-tiloita 1, kiinteän polttoaineen kattila 2 sekä savukaasupesuri 3.

20 Piirustuksessa esitetty savukaasupesuri 3 on yleisesti käytössä olevaa tyyppiä, eikä sen toimintaa selosteta tässä sen tarkemmin. Laitokseen kuuluu putkisto 4 pesussa käytettävän lipeäliuoksen (NaOH-liuos) johtamiseksi savukaasupesurin 3 alaosaan. Putkisto on 25 yhdistetty pesukiertoputkistoon 5, jossa kierrätetään pesunestettä. Pesukiertoputkistosta 5 otetaan epäpuhtaudet sisältävää pesunestettä lietteenkäsittelyal-taaseen 6.

30 Kiinteän polttoaineen kattilan 2 savukaasut johdetaan lentotuhkan erottimeen 7, tässä tapauksessa sykloniin. Syklonista erottunut lentotuhka annostellaan kanavan 8 kautta sekoitussäiliöön 9, johon tuodaan pesunesteen valmistukseen tarvittava vesi. Saatu pesuneste pum-35 pataan säiliöstä 9 kanavaa 10 pitkin siinä olevan 9331 5 4 pumpun 11 avulla savukaasupesurin pesukiertoputkistoon 5. Kanavasta 10 on lisäksi järjestetty paluukanava 12, joka tulee takaisin sekoitussäiliöön 9 ja muodostaa näin pesunesteen kierrätysjärjestelmän.

5

Sekoitussäiliössä 9 kiinteän polttoaineen kattilassa syntynyt ja erottimen 7 avulla erottunut alkalinen lentotuhka liukenee veteen ja se muodostaa näin alkalisen pesunesteen, jolla voidaan korvata joko 10 osittain tai kokonaan lipeäputkiston 4 kautta tuotava pesuliuos. Pesunesteeseen jää myös kiinteitä partikkeleita, joita ei tarvitse poistaa ennen pesunesteen johtamista savukaasupesuriin 3. Lentotuhkan käyttäminen alkalisena reagenssina ei aiheuta mitään oleellisia 15 muutoksia prosessiin, kuten esim. pesunesteen jälkikäsittelyyn, ja edellä kuvattu lisälaitteisto voidaan helposti asentaa jo olemassaoleviin lämpövoimalaitoksiin, kuten esim. kaukolämpölaitoksiin, joissa on rikkipitoista polttoainetta käyttäviä kattiloita ja 20 sopivaa kiinteää polttoainetta käyttävä kattila.

Pesunesteen valmistukseen käytettävää alkalista tuhkaa voidaan saada myös muulla tavoin. Lentotuhka voidaan erottaa esim. syklonin sijasta myös sähkösuodattimella.

25 On lisäksi mahdollista käyttää kattilassa 2 syntyvää arinatuhkaa, josta liukenevat alkaliset ainesosat liuotetaan veteen, johon jää myös liukenemattomia kiinteitä partikkeleita, ja tätä mahdollisuutta on kuvattu oheisessa kaaviossa katkoviivalla 13.

30

Kiinteänä polttoaineena käytetään edullisesti alkalista tuhkaa synnyttävää biopolttoainetta, kuten haketta, kuorta tai olkea. Laboratoriotutkimuksissa on havaittu, että esim. kuoripoltossa syntyvä lentotuhka sisältää 35 merkittäviä määriä kalsiumoksidia (CaO) ja magnesium-oksidia (MgO). Nämä aineet reagoivat rikkidioksidin kanssa muodostaen kalsiumsulfiittia ja -sulfaattia ja magnesiumsulfiittia ja -sulfaattia, jotka pääosin 9331 5 5 saostuvat pesunesteeseen. Seuraavassa taulukossa on esitetty tyypilliset kuorituhkan analyysitulokset.

Taulukko: Puunkuorta polttavan kiinteän polttoaineen 5 kattilan lentotuhkan analyysitulokset.

Näyte tuhkastettu 815°C, ja metallit määritetty mikroaaltouuniliuotuksesta. Tulokset p-%:na.

10 CaO MgO K20 Na20 pH (* 51.3 5.5 6.9 0.59 13.3 *) näytettä punnittu 50 g 1 litraan vettä ja tästä 15 mitattu pH.

Kuvassa 2 on tarkemmin esitetty laitteisto tuhkan annostelemiseksi sekoitussäiliöön 9 ja nesteen syöttämiseksi pesuriin. Syklonista 7 erottunut lentotuhka 20 poistetaan ruuvikuljettimella 20 tuhkasäiliöön 21 tai annostellaan ruuvikuljettimeen 20 yhteydessä olevalla ruuvikuljettimella 22 sekoitussäiliöön 9, johon tuodaan pesunesteen valmistukseen tarvittava vesi. Lentotuhkan määrä säädetään sekoitettavan pesunesteen tiheyden 25 (DIC) perusteella ja veden määrä sekoitussäiliön pintasäädön (LIC) perusteella. Veden ja tuhkan muodostama pesuneste pumpataan säiliöstä 9 em. pesukiertoput-kistoon 5. Kanavaa 10 pitkin syötettävä pesunesteen määrä pesurille säädetään sekä pesurissa kiertävän 3 0 pesunesteen pH:n (QRC) että tiheyden (DICA) perusteel la.

Oheisessa kuvan 1 prosessikaaviossa on lisäksi muita lähinnä kaukolämpölaitokseen kuuluvia yksityiskohtia, 35 kuten pesurin 3 yläosassa oleva täytekappalekerros 23, missä savukaasujen vesihöyry lauhtuu jäähdyttävään veteen, joka kulkee vesikierron 14 kautta. Tällä 9331 5 6 lämmitetään kaukolämpöverkoston paluuvettä 15 lämmön-vaihtimessa 16. Lisäksi kaaviossa on esitetty kostutin 17, jossa kiinteän polttoaineen kattilan 2 palamisilma, joka johdetaan kattilaan kostuttimesta putkistoa 18 5 pitkin, kostutetaan kylläiseksi ja lämmitetään pesurista 3 saatavalla lämpimällä vedellä. Putkistossa 18 on vielä lämmönvaihdin 19 palamisilman lämmittämiseksi ennen kattilaa vesihöyryn kondensoitumisen estämiseksi.

10 Keksintö voidaan toteuttaa käyttämällä normaaleja säätö- ja mittauselimiä tuhkan alkalisten ainesosien annostelemiseksi pesuriin. Lisäksi muut keksintöön liittymättömät kaavion osat on toteutettu normaaleilla säätöratkaisuilla, joita ei ole tässä selostettu sen 15 tarkemmin.

Keksintö ei ole rajoitettu ainoastaan kaukolämpölaitoksiin, vaan sitä voidaan käyttää kaikissa lämpövoimalaitoksissa, joissa on rikkidioksidia sisältäviä 20 savukaasuja synnyttävä polttolaite ja kiinteän poltto aineen kattila. Eräänä esimerkkinä on sulfaattisellu-tehdas, jossa rikkipitoisia hajukaasuja poltetaan jätelämpökattilassa. Tässä syntyviä rikkidioksidi-pitoisia savukaasuja voidaan pestä keksinnön mukaisesti 25 kiinteää polttoainetta käyttävän sellutehtaan kuori- kattilan tuhkasta saatavilla aikalisillä ainesosilla edellä mainittujen periaatteiden mukaisesti.

Claims (6)

7 93315

1. Menetelmä savukaasujen puhdistamiseksi laitoksis-5 sa, joissa syntyy rikkidioksidia sisältäviä savukaasuja ja joissa poltetaan kiinteää biopolttoainetta rikkidioksidia sisältäviä savukaasuja synnyttävästä polttolaitteesta erillisessä kattilassa, tunnettu siitä, että kiinteän biopolttoaineen, kuten hakkeen, 10 kuoren tai oljen poltossa syntyvän tuhkan alkaliset ainesosat siirretään veteen, ja näin saatu pesuneste johdetaan savukaasupesuriin (3) rikkidioksidia sisältävien savukaasujen puhdistamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetty tuhka on kiinteän biopolttoaineen palamisesta syntyneistä savukaasuista erotettua lentotuhkaa.

3. Laitteisto savukaasujen puhdistamiseksi laitoksis sa, joissa on polttolaite, joka synnyttää rikkidioksidia sisältäviä savukaasuja ja joissa on em. polttolaitteesta erillinen kiinteän biopolttoaineen kattila (2) sekä savukaasupesuri (3) em. polttolaitteen savukaasu-25 jen puhdistamiseksi, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää säiliön (9) kiinteän biopolttoaineen, kuten hakkeen, kuoren tai oljen kattilan (2) tuhkan alkalisten 30 ainesosien siirtämiseksi veteen, ja säiliön (9) ja savukaasupesurin (3) välillä olevan kanavan (10) ja pumppauselimet (11) aikalisiä ainesosia sisältävän veden muodostaman pesunesteen 35 johtamiseksi savukaasupesuriin (3). 9331 5 8

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se käsittää elimet (8) kiinteän polttoaineen kattilan (2) savukaasujen 5 lentotuhkan erottimen (7) yhteydessä lentotuhkan annostelemiseksi säiliöön (9).

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se on sijoitettu öljykattilan 10 (1) käsittävän voimalan yhteyteen, jossa on alkalista tuhkaa tuottava kiinteän polttoaineen kattila (2).

6. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se on sijoitettu sulfaatti- 15 sellutehtaan hajukaasujen polttolaitoksen yhteyteen, jossa tehtaassa on alkalista tuhkaa tuottava kiinteän polttoaineen kattila (2), esimerkiksi kuorikattila. Il 9331 5 9 Patentkrav;