FI96183B - Menetelmä savukaasun puhdistamiseksi PFBC-laitteistossa, jossa on laitteiston käyttämä kaasuturbiini - Google Patents

Description

1 96183

Menetelmä savukaasun puhdistamiseksi PFBC-laitteistossa, jossa on laitteiston käyttämä kaasuturbiini Tämä keksintö koskee menetelmää savukaasun puhdis-5 tamiseksi PFBC-laitoksessa, jossa on laitoksen käyttämä kaasuturbiini, termin PFBC-laitos viitatessa kattilaan, jossa on paineistettu leijukerros tai useita tällaisia kerroksia ja tarvittaessa syklonierotin ja/tai suodatin kattilasta tulevan savukaasun puhdistamiseksi ennenkuin 10 tämä kaasu johdetaan kaasuturbiiniln.

NOx-päästöjen pienentämiseksi poltossa on tunnettua soveltaa menetelmää, joka tunnetaan termisenä pelkistyksenä, jossa ammoniakkia tai muuta typpeä sisältävää ainetta tai typpeä kehittävää ainetta syötetään savukaasuun itse 15 kattilassa. Kun tästedes mainitaan ammoniakki, sen tarkoitetaan sisältävän myös sellaiset aineet, jotka sisältävät tai kehittävät ammoniakkia tai typpeä, kun niitä syötetään kuumaan savukaasuun. Ammoniakin syöttö voidaan aikaansaada erilaistuneella tavalla syöttämällä ammoniakkia lukuisiin 20 eri kohtiin kattilassa ja säätämällä ammoniakin määrä kussakin kohdassa sen N0x-määrän mukaan, joka esiintyy kattilan eri vyöhykkeissä. Esiintyy myös tapauksia, joissa ammoniakkia ruiskutetaan savukaasuun alavirtaan kattilasta erillisessä reaktioastiassa, jossa savukaasu ja ammoniakki 25 sekoitetaan perusteellisesti keskenään niiden saamiseksi reagoimaan toistensa kanssa. Suuren NOx:n pelkistyksen aikaansaamiseksi ammoniakkia syötetään suurempi määrä kuin se, joka vastaa stökiometristä suhdetta, mikä saattaa aiheuttaa reagoimattoman ammoniakin karkaamista savukaasun 30 mukana, mitä kutsutaan "luiskahdukseksi" ja erikoistoimenpiteisiin on ryhdyttävä liika-ammoniakin tekemiseksi vaarattomaksi, ennenkuin savukaasu lasketaan ilmakehään, mikä on tietenkin haitta ja johon liittyy kasvaneet pääomakustannukset. Toinen ja ilmeisempi haitta PFBC-laitoksen yh-35 teydessä on kuitenkin, että ammoniakkia syöttämällä N0x:n 2 96183 terminen pelkistys kattilassa käy ei-hyväksyttävän vähäiseksi tai jopa lakkaa kokonaan liian pienillä osakuor-mituksilla johtuen kattilasta tulevan kaasun alhaisesta lämpötilasta.

5 Toinen tunnettu tapa savukaasussa olevan NOx:n pel kistämiseksi on katalyyttinen pelkistys, jossa ammoniakkia syötetään alavirtaan kattilasta ja savukaasun ja ammoniakin seos saatetaan kosketukseen katalyytin, esim. vanadiinin kanssa. Katalyytti ei osallistu savukaasun ja ammonia-10 kin väliseen reaktioon, mutta se on kaikesta huolimatta aika ajoin uusittava tai vaihdettava, mikä lisää laitoksen käyttökustannuksia.

WO-A-patenttihakemuksessa 90/09 228, julkaistu 23. elokuuta 1990, kuvataan menetelmää typen oksidien 15 poistamiseksi turbiinien poistokaasusta selektiivisellä katalyyttisellä pelkistyksellä ammoniakin avulla, jota lisätään ennen turbiinia.

Savukaasussa olevan NOx:n pelkistyksen aikaansaamiseksi, joka on edullinen pääoma- ja käyttötalouden suh-20 teen, hyväksyttävälle tasolle edellä mainitun tyyppisessä laitoksessa PFBC-laitoksen osakuormituksen laajalla alueella ilman, että saadaan epämieluisaa "luiskahdusta", tämän keksinnön mukaisesti ehdotetulla menetelmällä on saatu patenttivaatimuksessa 1 määritellyt ominaisarvot.

25 Tällöin voidaan käyttää pienempää määrää· katalyyttiä kuin jos koko N0x:n pelkistys suoritettaisiin katalyyttisellä pelkistyksellä, sillä katalyytti tarvitsee mitoittaa vain katalyyttiseen pelkistykseen pienemmässä määrin, joka vaaditaan tyydyttävän N0x:n pelkistyksen aikaansaamiseksi myös 30 pienillä osakuormituksilla, katalyytin aikaansaadessa sa-*. manaikaisesti täydentävän pelkistyksen, joka saattaa olla tarpeen kattilasta poistuvan mahdollisen liika-ammoniakin kuluttamiseksi, koska tässä kohdassa sillä ei ole ollut ^ mahdollisuutta reagoida läsnä olevan N0x:n kanssa. Johtuen 35 termisen ja katalyyttisen pelkistyksen ainutlaatuisesta

S

96183 3 yhdistelmästä tässä mainitunlaisessa laitoksessa on mahdollista saavuttaa NOx:n täydellinen pelkistys vapauttamal-,· la ei-sallittuja määriä reagoimatonta ammoniakkia, jotka määrät ovat pienempiä kuin tällä hetkellä määrätyt vaati-5 mukset.

Tämän keksinnön selostamiseksi tarkemmin viitataan liitteenä olevaan piirrokseen, jossa:

Kuvio 1 esittää kaavamaisesti PFBC-laitosta, jossa on sen käyttämä turbiini, Ja 10 Kuvio 2 on diagrammi, joka kuvaa savukaasussa ole van NOx:n-pitoisuuden ja PFBC-laitoksen kuormituksen välistä riippuvuutta.

Kuvion 1 mukainen laitos käsittää PFBC-laitoksen, jossa on paineastia 10, jossa kattila 11 sijaitsee, jossa 15 kattilassa on yksi tai useita leijukerroksia hiukkasmaisen kiinteän polttoaineen polttoa varten. Paineastiaan on sijoitettu myös syklonierotin 12 (tai useita tällaisia erot-timia) pölyn erottamiseksi savukaasusta, joka poistuu kattilasta ennenkuin savukaasu syötetään kaasuuturbiiniin 13. 20 Alavirtaan turbiinista on sijoitettu instrumentti 14 NOx-pitoisuuden osoittamiseksi savukaasussa, joka poistuu turbiinista ja sitä seuraa katalyytti 15 NOx:n ja ammoniakin välisen reaktion tehostamiseksi, jotta sen olisi mahdollista tapahtua alemassa lämpötilassa kuin on asianlaita 25 ilman katalyyttiä. Katalyytistä savukaasu poistuu savukaa-suesilämmittimen 16 ja savukaasusuodattimen 17 kautta savupiippuun 18 laskettavaksi ilmakehään.

Savukaasussa olevan NOx:n pelkistämiseksi, joka savukaasu on seurausta poltosta kattilassa 11, ammoniakkia 30 (NH3) ruiskutetaan kattilaan leijukaasukerroksen yläpuolel la olevasta vapaasta laidasta kohdassa 19 ja/tai sykloni-erottimessa 12, joka on järjestetty sekoitusastiaksi kohdassa 20 ja mikäli vaaditaan riippuen instrumentin 14 osoittamasta NOx-pitoisuudesta, kohdassa 21 savukaasuvir-35 taan välittömästi ylävirtaan katalyytistä 15. Kattilassa 4 96183 ammoniakin ruiskutus on jaettu kattilan eri vyöhykkeisiin riippuen eri vyöhykkeissä olevan NOx:n lasketusta määrästä, ammoniakin syötön tapahtuessa edullisesti yli stökiometri-sessä suhteessa. Tämän jälkeen täydentävä ruiskutus voi-5 daan tehdä kohdassa 19 ja/tai 20, mikäli niin vaaditaan ottaen huomioon instrumentin 14 osoituksen. NOx:n pelkistys tapahtuu termisenä pelkistyksenä sekä kattilassa että syk-lonierottimessa.

Kuvio 2 esittää esimerkkinä (koskien erikoisia!tos-10 ta, jota kuumennetaan erikoispolttoaineella) savukaasuun saatua NOx-pitoisuutta piste-katkoviivalla I, jos mitään N0x:n pelkistystä ei sovelleta lainkaan ja on ilmeistä, että NOx-pitoisuus on tällöin merkittävästi korkeampi kuin otaksuttu raja-arvo ilmakehään päästetyn savukaasun 15 NOx-pitoisuudelle. Jos olisi sovellettu vain termistä NOx:n pelkistystä, olisi saatu yhtenäinen viiva II ja on ilmeistä, että NOx-pitoisuus ylittää tällöin raja-arvon kohdassa A sen seurauksena, että savukaasun lämpötila on tässä kohdassa niin alhainen, että ammoniakkiruiskutuksen teho las-20 kee merkittävästi.

Käyttämällä katalyyttistä pelkistystä alavirtaan kaasuturbiinista katalyytissä 15 saadaan NOx-pitoisuuden pieneneminen edelleen katkoviivalle III. Tämä pieneneminen voidaan toteuttaa pelkästään ruiskuttamalla ammoniakkia, 25 mikä suoritetaan kohdissa 19 ja/tai 20, mutta jos ruisku-tettu ammoniakkimäärä on jo reagoinut savukaasun kanssa, lisämääriä ammoniakkia voidaan ruiskuttaa savukaasuun kohdassa 21, jos tätä pidetään tarpeellisena sen ohjeen perusteella, jonka instrumentti 14 ilmoittaa NOx-pitoisuudes-30 ta. On ilmeistä, että tyydyttävä N0x:n pelkistys saadaan alemmilla osakuormituksilla, sillä käyrä ei ylitä raja-arvoa, ennenkuin kohdassa B ja N0x-pitoisuus koko kuormitus-alueella on huomattavasti alhaisempi kuin käyrän II mukaan. Kohdassa C, muttei aikaisemmin NOx-pitoisuus saavut-35 taa saman arvon kuin pitoisuus käyrän II mukaan ja tässä 96183 5 kohdassa katalyytti lakkaa toimimasta, koska savukaasun lämpötila on liian alhainen.

Koska NOx:n terminen pelkistys toimii laajemmalla lämpötilavälillä PFBC-laitoksessa kuin polttolaitoksessa 5 ilmakehän paineessa, katalyyttisen pelkistyksen kapasiteetin ei tarvitse olla erityisen suuri, jotta saataisiin merkittävä kuormitusalueen laajeneminen, jolla NOx-pitoi-suus voidaan pitää otaksutun raja-arvon alapuolella.

Claims (2)

96183 1. Menetelmä NOx:n poistamiseksi savukaasusta PFBC-laitoksessa (10, 11), joka sisältää laitoksen käyt- 5 tämän kaasuturbiinin (13), tunnettu siitä, että NOx-pitoisuuden pienentämiseksi savukaasussa suoritetaan terminen pelkistys ruiskuttamalla ammoniakkia savukaasu-virtaan PFBC-laitoksen paine-astiassa ylävirtaan kaasutur-biinista (13) ja kaasuturbiinista tulevaan savukaasuvir-10 taan ja sitten tämän ruiskutuksen jälkeen katalyyttinen pelkistys ammoniakin läsnäollessa savukaasuvirrassa ala-virtaan kaasuturbiinista, NOx-pitoisuuden mittauksen tapahtuessa savukaasuvirrasta alavirtaan kaasuturbiinista ja ammoniakin ruiskutuksen alavirtaan kaasuturbiinista (13) 15 tapahtuessa mitatusta NOx-pitoisuudesta riippuen. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että NOx-pitoisuus mitataan alavirtaan kaasuturbiinista (13), mutta ylävirtaan katalyyttisestä pelkistyskohdasta (15). ;l . lit i. I lii lil lui 96183

1. Förfarande för avlägsning av N0X ur rökgasen i en PFBC-anläggning (10, 11) omfattande en därmed driven 5 gasturbin (13), kännetecknat därav, att för minskning av N0x-halten i rökgasen en termisk reduktion utförs medelst insprutning av ammoniak i rökgasströnunen i PFBC-anläggningens tryckkärl uppströms tili gasturbinen (13) och i rökgasströnunen frän gasturbinen och därefter 10 efter denna insprutning en katalytisk reduktion i närvaro av ammoniak i rökgasflödet nedströms frän gasturbinen, varvid N0x-halten mäts i rökgasflödet neströms frän gasturbinen och insprutningen av ammoniak nedströms frän gasturbinen (13) utförs beroende av den uppmätta NOx-halten. 15

2. Förfarande enligt patentkravet 1, känne tecknat därav, att N0x-halten mäts nedströms frän gasturbinen (13) men uppströms tili stället (15) för den katalytiska reduktionen.