HU210095B - Process for simultaneous reducing so2-and nox-centent of exhaust gas - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás fosszilis tüzelőanyaggal működtetett égetőberendezésben, különösen energiaszolgáltató kazánokban és hamvasztókemencékben keletkező füstgázok SO₂ és NO_x-tartalmának egyidejű csökkentésére. A leírásban NO_X általános képlettel jelölt vegyes nitrogén-oxidok magukban foglalják a nitrogén(H)-oxidot, a nitrogén-dioxidot és a nitrogén(I)-oxidot.

Számos villamos energiát szolgáltató rendszerben, így az Ontario Hydro esetében is a termelt villamos energia lényeges hányadát szénnel működtetett erőművekben állítják elő. A vízi- és nukleáris energiával működtetett generátorokkal együtt ezek a berendezések a rugalmasság lényeges elemét biztosítják, amelyeknek fontossága növekszik a csúcsigények időszakaiban, és amikor az igény meghaladja a tervezett szintet. Az égés véggázai és a széntüzelésű erőművek hulladékai azonban savas gázszennyezők forrásai, amelyek közül legfontosabbak a kén-dioxid és a nitrogén-oxidok.

Számos erőfeszítést tettek a nitrogén-oxidoknak az égés véggázaiból történő eltávolítására. NO a nitrogénnek az az oxidja, amely a magas hőmérsékleten végbemenő égés hulladékgázaiban dominál, és hagyományos gázmosó eljárásokkal nem távolítható el könnyen.

A 3 900 554 számú USA-beli szabadalmi leírás ismerteti az NO kazánban lejátszódó szelektív redukcióját azáltal, hogy a véggáz áramához ammóniát vagy ammóniaprekurzorokat, így ammóniumsókat vagy azok vizes oldatait adagolják.

Az 1 089 195 számú kanadai szabadalmi leírás eljárást ismertet nitrogén-oxidoknak gázból való eltávolítására azáltal, hogy redukálószert, így ammóniát, ammóniumsót, amint és amidot, továbbá hidrogén-peroxidot adagolnak a gázhoz 400-1200 °C hőmérséklettartományban, ezáltal a nitrogén-oxidokat nitrogénné és vízzé bontják el.

A 4 208 386 számú USA-beli szabadalmi leírás eljárást tár fel NO_x-tartalmú égési véggázokban az NO_X szelektív redukálására, amelynek során a véggázáramot oxigén jelenlétében 870-1110 °C hőmérséklettartományban karbamiddal vagy karbamid-oldattal érintkeztetik.

Hasonlóképpen a technika állása szerint ismert számos eljárás irányul az égési véggázokban lévő kén-oxidok, főleg SO₂ eltávolítására, amelyek kémiai adalékok, így kalcium-karbonát, magnézium-karbonát, mészkő, dolomit és kalcium-hidroxid bevitelének különböző módjain alapulnak, amely adalékok reagálnak SO₂-vel, így magasabb hőmérsékleteken ezeken a szemcsés anyagokon az SO₂ szorpcióját okozzák.

A 4 555 996 számú USA-beli szabadalmi leírás összefoglalja a technika állása szerint az SO₂ redukciójára vonatkozó megoldásokat. Ez a szabadalmi leírás kalcium-karbonát zagy porlasztásos injektálását tárja fel egy hagyományos, J alakú gáztüzelésű kemence égési zónáját követő első zónába 1200 °C-ot meghaladó hőmérsékleteken, és a kemence egy kísérletileg meghatározott helyén oly módon, hogy a beporlasztott zagy egy alacsonyabb hőmérsékletű második zónában szilárd részecskékké szárad, ahol az SO₂ a szorbeáló részecskékhez kötődik. A méréseket azonban nem szénnel végezték, hanem földgáz és hidrogén-szulfid keverékével működtetett félüzemi méretű kemencében, ami kb. 3 tömeg% ként tartalmazó szén égetését volt hivatva szimulálni.

A 287 224 számú európai szabadalmi leírás az égéstermékekben lévő nitrogén-oxidok szelektív redukálására (oxigénhiányos) lebomlási zónát és (oxigénfelesleggel jellemzett) reakciózónát alkalmazó eljárást ismertet. Ezen - az oxidálóképesség tekintetében egymástól lényegesen eltérőviszonyokat az egyes zónákban műszaki intézkedésekkel, így a lebomlási zónában tüzelőanyag beporlasztásával (lásd a 13. igénypontot), míg a reakciózónában oxigént tartalmazó gáz vagy levegő befúvásával (lásd a 14. igénypontot) biztosítják. A fenti két zóna jellemző hőmérsékletét is - egymást ugyan átfedő - külön tartományként adják meg. Ezekből a körülményekből kényszerűen következik, hogy az ismert megoldásban egyrészt az eljárás lefolytatására alkalmas berendezés bonyolult és költséges, másrészt az üzemeltetési költségek is magasak.

A 141 917 számú európai szabadalmi leírás füstgázokból NO_X eltávolítására alkalmas berendezést ír le. A szabadalmi leírás hosszú üzemidejű, felületén 2,5-4,0 A méretű pórusokkal ellátott molekulaszűrőt tartalmazó berendezésre vonatkozik, amelynek pórusaiban a füstgáz NO_x-komponense a beadagolt ammóniával nitrogénné és vízzé redukálódik. A szabadalmi leírás szerinti berendezés tehát NO_X szelektív katalitikus redukálására szolgál 250-450 °C hőmérsékleten.

A 3 608 315 számú NSZK-beli közrebocsátási irat kemencéből elvezetett gázokból SO₂ és NO_X - különösen örvényágyas berendezésben lefolytatott - száraz adszorpciójára ad kitanítást. Az ismertetett eljárás lefolytatásához a kalciumalapú szorbenst vagy örvényágyas reaktorban vagy gőzzel elő kell kezelni. A szabadalmazott eljárást a 350-450 °C hőmérséklettartományban folytatják le.

Mostanáig nem áll rendelkezésre gyakorlati és hatékony eljárás kén- és nitrogén-oxidok egyidejű eltávolítására azokból a véggázokból, amelyek kén- és nitrogéntartalmú fosszilis tüzelőanyagok és hulladékok kazánokban vagy hamvasztókemencében történő elégetése során keletkeznek. Egy ténylegesen egyesített rendszer kifejlesztésére tett kísérletek egyik nehézsége az, hogy az NO_X eltávolítására szóba jöhető adalékok némelyike kémiailag összeférhetetlen az SO₂ eltávolítására alkalmazott szorbensekkel.

Ha az egymástól független NO_X- és SO₂-eltávolítási eljárások aktív adalékai ténylegesen nem is zavarják egymást, nem következik be szükségszerűen az az eset, hogy az egyik szennyező eltávolítási reakciójának optimális üzemi feltételei a másik reakció szempontjából is a legkedvezőbbek lesznek.

Felismertük, hogy egyidejűleg mindkét szennyezőt eltávolíthatjuk finomszemcsés, kalciumalapú szorbens vizes zagyának alkalmazásával, amely „összeférhető” ΝΟχ-eltávolító adalékként nitrogénprekurzort tartal2

HU 210 095 Β máz, amelyből reakcióképes gyökök képződnek abban a hőmérséklettartományban, amelyben a szulfátképződési reakció végbemegy. Számos adalékként ismert vegyület, amely ezen a 900-1350 °C közötti hőmérséklettartományon kívül reagál NO_x-szel, alkalmatlan SO₂ és NO_X egyidejű eltávolítására.

A találmány célja tehát olyan eljárás kidolgozása, amely egyesített eljárást biztosít olyan füstgázok SO₂, NO_X és egyéb savas komponenseinek csökkentésére, amelyek fosszilis tüzelőanyagok tüzelőberendezésekben, így villamos energiát termelő és ipari kazánokban, továbbá hulladék hamvasztókemencékben történő elégetése során keletkeznek.

A találmány eljárás fosszilis tüzelőanyaggal működtetett égetőberendezésben keletkező füstgázok SO₂- és NO_x-tartalmának egyidejű csökkentésére. Az eljárás során a berendezés égésterének 900-1350 °C hőmérsékletű helyén porlasztott vizes zagyként SO₂ finomszemcsés, kalciumalapú szorbenseként mészkő vagy mészkő, dolomit és nátrium-hidroxid vagy hidratált mész alkotta keverék, valamint nitrogénprekurzor vizes diszperzióját injektáljuk, ahol a zagyban a szorbensnek, illetve a nitrogénprekurzomak mennyiségére vonatkozóan a kalcium koncentrációját az SO₂ mólekvivalensének 1,5-3-szorosára, a nitrogénprekurzor koncentrációját az NO_X ekvivalensének legalább 1,5-szeresére választjuk.

A leírásban a „nitrogénprekurzor” kifejezésen olyan nitrogént leadó vegyületet értünk, amely a 9001350 °C hőmérséklettartományban NO_x-szel reakcióképes gyököket képez. Nitrogénprekurzorként használható vegyületek az ammónia, az ammónium-karbonát és a karbamid.

A találmány szerinti eljárásnak megfelelően füstgázokból SO₂ és NO_X egyidejűleg eltávolítható úgy, hogy egy összeférhető nitrogénprekurzort tartalmazó finomszemcsés kalciumalapú vizes zagyot injektálunk porlasztó fuvókán át széntüzelésű kemencébe a 9001350 °C hőmérséklettartományban. Ennek során a zagyot nagyon kis méretű cseppekből álló permet alakjában injektáljuk a kemencébe. A cseppek átmérőjének mediánja legfeljebb 150 gm, a permet eléggé szétoszlatott a füstgáz áramában ahhoz, hogy biztosítsa a jó eloszlást és a szorbens/prekurzor keverékének megfelelő keveredését a füstgázzal.

A zagy cseppmérete „kazánfüggő”, amennyiben a reagensek hatékony anyagtranszportját biztosító optimális cseppméret, maximális reakciókészséget biztosító eloszlásuk és a füstgázzal való keveredés a kazán típusától, méreteitől és elrendezésétől függően változik. A továbbiakban leírt kísérleti széntüzelésű kemencében a cseppek átmérőjének optimális mediánja 317 gm, de ipari méretű kazánok esetén nagyobb méretű cseppek szükségesek. A cseppméret optimális tartománya könnyen meghatározható kísérleti úton vagy fizikai modellek alapján végzett számításokkal, melynek során a kazán méreteit, elrendezését, típusát és aerodinamikai viszonyait az alkalmazott porlasztófuvóka paramétereivel együtt kell figyelembe venni.

A szorbenst és nitrogénprekurzort olyan mennyiségben visszük be a kemencébe, hogy a sztöchimetrikus arány a szorbens kalciumtartalma és az SO₂ móljai között 1,5-3,0:1,0 legyen, a nitrogénprekurzor és az NO_X mólaránya pedig legalább 1,5 :1,0 legyen.

A találmány szerinti eljárás megakadályozza a szorbens inaktiválását az injektálás hőmérsékletén, és elegendő tartózkodási időt biztosít kedvező hőmérsékleteken az SO₂ és a szorbens, valamint az NO_X és a nitrogénprekurzor közötti reakció lejátszódásához. A zagy komponenseit alkalmasan megválasztva a nitrogénprekurzor /NO_X és a szorbens/SO₂ reakciók lényegében függetlenül játszódnak le egymásnak kölcsönösen megfelelő optimális üzemeltetési viszonyok között.

Megállapítottuk, hogy karbamid alkalmazható nitrogénprekurzorként. A szorbens vizes zagyához karbamidot adagolva SO₂ és NO_X optimális egyidejű megkötését érjük el, és az eljárást mindkét szennyező optimális megkötésének feltételei között folytatjuk le. Ilyen optimális üzemeltetési körülmények között a szokásos füstgázáramból az SO₂ akár 83%-át és az NO_X 90%-át távolíthatjuk el egyidejűleg.

Egy másik hasznos nitrogénprekurzor az ammónium-karbonát. Az alább tárgyalt adatok azt mutatják, hogy optimális üzemeltetési körülmények között az SO₂ akár 75%-át és az NO_X 85%-át távolíthatjuk el egyidejűleg.

Megállapítottuk, hogy a mészkőzagynak nitrogénprekurzorként ammóniával történő kombinálása legfeljebb 58% SO₂ és 64% NO_x-megkötéssel kevésbé hatékony az egyidejű kén- és nitrogénoxid-eltávolítás szempontjából, mint akár karbamid, akár ammóniumkarbonát.

A találmány szerinti eljárás további előnyeit szemléltetik a következő ábrák.

Az 1. ábra egy szokásos széntüzelésű berendezés sematikus rajza, amely tartalmazza a szorbens zagy injektálására szolgáló eszközöket.

A 2. ábra bemutatja a találmány szerinti eljárás kivitelezése és kísérleti kifejlesztése során a szorbens zagynak az alkalmazott széntüzelésű kísérleti kemencébe beinjektálására használt zagyinjektáló rendszert.

A 3. ábra a 2. ábrán feltüntetett berendezés szorbens injektáló rendszerében alkalmazott zagyporlasztó fuvóka részletes metszeti rajza.

A 4a. ábra grafikusan ábrázolja a mészkőzagycseppek méretének függését a porlasztófuvóka légnyomásának függvényében, a 4b. ábra pedig az SO₂-megkötés százalékban kifejezett függését a zagy cseppméretétol.

Az 5. ábra grafikusan ábrázolja a szorbens porozitásának hatását porlasztott mészkőzagy SO₂-megkötésének százalékban kifejezett értékére.

A 6a. ábra olyan grafikusan ábrázolt adatokat tartalmaz, amelyek a mészkőzagyszorbenshez adagolt bizonyos adalékok hatását mutatják az SO₂-eltávolítás fokozására. A 6b. ábra a szorbenskihasználás százalékban kifejezett értékének növelésére vonatkozó adatokat mutatja.

A 7a. ábra olyan grafikusan ábrázolt adatokat tartalmaz, amelyek az SO₂-megkötés változását mutatják az

HU 210 095 Β adagolt szorbens mennyiségének függvényében. A 7b. ábra a szorbenskihasználás változását mutatja az adagolt szorbens mennyiségének függvényében, azt Ca/S arányként megadva.

A 8a. és 8b. ábra olyan grafikusan ábrázolt adatokat tartalmaz, amelyek az injektálás hőmérséklete és egyenáramú, illetve ellenáramú módja által az SO₂megkötésre gyakorolt hatást mutatják porlasztott mészkőzagy szorbens esetében.

A 9. ábra olyan grafikusan ábrázolt adatokat tartalmaz, amelyek az injektálási hőmérséklet hatását mutatják NO_X füstgázokból történő eltávolítására - porlasztott karbamidoldatot alkalmazva.

A 10a. ábra olyan grafikusan ábrázolt adatokat tartalmaz, amelyek porlasztott karbamidoldat változó arányú adagolásának hatását mutatják az NO_x-megkötés százalékban kifejezett mértékére. A 10b. ábra grafikusan ábrázolt adatokat tartalmaz a fenti, változó arányú adagolásnak a karbamid kihasználására gyakorolt hatására vonatkozóan.

All. ábra az SO₂- és NO_x-megkötés változásának adatait tünteti fel grafikusan a hőmérséklet függvényében a találmány szerinti egyesített eljárás, az SO₂ megkötésére mészkő szorbens és az NO_X megkötésére karbamid alkalmazása esetén.

A 12. ábra grafikusan tünteti fel az SO₂- és NO_Xmegkötés változását a Ca/S arány, illetve a karbamid/NO_x sztöchiometriai arány függvényében dolomittal adalékolt mészkő szorbens 1200 °C hőmérsékleten történő injektálása során.

A 13. ábra all. ábrán feltüntetett kísérleti adatok grafikus összehasonlítása a találmány szerinti egyesített eljárással, különböző injektáló fúvókák alkalmazásával nyert további kísérleti adatokkal.

A 14a. ábra grafikusan tünteti fel az injektálási hőmérséklet hatását a %-ban kifejezett SO₂- és NO_x-eltávolításra füstgázból a találmány szerinti eljárásban nitrogénprekurzorként ammónium-karbonátot adalékolva a dolomitot tartalmazó mészkő szorbenshez. A 14b. ábra grafikusan ábrázolja a Ca/S és az (NH₄)₂CO₃/NO_X mólarány változásának hatását az SO₂ és NO_X %-ban kifejezett eltávolítására.

A 15a., illetve 15b. ábra a 14a. és 15b. ábrához hasonlóan az injektálási hőmérsékletnek és a reagens mólarányának hatását ábrázolja az SO₂ és NO_X eltávolítására azzal az eltéréssel, hogy nitrogénprekurzorként ammóniát alkalmazunk.

Az 1. ábra sematikusan bemutatja a szorbens zagy injektálását egy széntüzelésű kemencébe. Adalékot tartalmazó szorbens zagyot injektálunk a 10 fúvókán keresztül levegő vagy gőzáram segítségével. Az injektálást a 12 égőzónától távolabb végezzük a 8 égéstérbe, így az injektálás hőmérséklete 900-1350 °C között van.

Az 1. ábrán bemutatott injektálási mód „keresztáramú” azaz az injektálás a füstgázok áramlására keresztirányban történik, azonban a 10 fuvóka választhatóan irányítható a füstgáz áramlásának irányába (egyenáram) vagy a füstgáz áramlásával szemben (ellenáram) a magasabb hőmérsékletű zóna irányába, az alábbiakban tárgyalt, jelentősen eltérő eredményekkel.

A szorbens részecskéket magukkal ragadó füstgázok áthaladnak a 14 léghevítőn, amelyben a forró füstgázok hőenergiájuk egy részét egy hőcserélő folyamatban leadják, amit további tüzelőanyag elégetéséhez a 12 égőzónához vezetett levegő hevítésére használunk. A füstgázokat ezután a szilárd hulladék eltávolítására a 16 elektrosztatikus porleválasztóhoz vagy zsákos szűrőhöz vezetjük. A szilárd hulladék reakciótermékkel, nevezetesen kalcium-szulfáttal és el nem reagált szorbenssel, kalcium-oxiddal kevert szállóhamuból áll. Bár a találmány szerinti eljárás szilárd hulladéka körülbelül kétszer annyi, mint a szénhamú egyedül, a gyakorlatban - a képződő hamu alacsonyabb ellenállása miatt kevés nehézséget tapasztaltunk a részecskék hatásos elektrosztatikus porleválasztása terén a száraz szorbensek injektálása során keletkező hamuhoz képest. A tisztított füstgázok végül a 18 kéményen keresztül távoznak.

A találmány szerinti eljárás folyamán végbemenő fizikai és kémiai folyamatok a következő módon öszszegezhetők:

A kisméretű cseppekre porlasztott, kemencébe injektált zagy párolgás következtében nagyon gyorsan elveszti víztartalmát, és a szorbens porózus, nagy diszperzitású, reakcióképes mésszé kalcinálódik:

CaCO₃ -> CaO + O₂.

Kedvező hőmérséklet és tartózkodási idő esetén a mész megköti a kén-dioxidot:

CaO + SO₂ + l/2O₂ —CaSO₄.

A fenti reakciókkal együtt játszódik le amingyökök termikus képződése a nitrogénprekurzorból:

RNH_X + 2OH -> 2NH₂ + CO₂ + H₂O, valamint NO megkötése és eltávolítása az NH₂ gyökök útján:

NO + NH₂ -> N₂ + H₂O.

Az első reakcióban szereplő hidroxilgyökök fosszilis tüzelőanyagok elégetése során keletkeznek.

Gázáramokból NO_X hatékony eltávolításának reagenseként ammóniát vagy ammóniaprekurzorokat leíró korábbi közlemények alapján számos ilyen anyagot vizsgáltunk meg, mint egy egyesített rendszer lehetséges zagy adalékanyagait. Ezek a kezdeti kísérletek kevés sikerrel jártak. SO₂ megkötésére szolgáló, kalciumalapú szorbensek jelenlétében a vizsgált hőmérséklettartományban az NH₃/NO_X reakció ugyanis nem egészen tisztázott okok miatt sokkal kevésbé hatásos. Vizes ammónia vagy ammónium-karbonát-oldatban szemcsés szorbens eloszlatása a fenti hőmérsékleteken jelentős ammónia-„elszökést” okozott a kemencén keresztül. Ezáltal nemcsak az NO_X eltávolítás hatásossága csökkent, hanem a kibocsátott NH₃ elszennyezhette a kazánt és magát a légkört is.

NO_X eltávolítására szolgáló bizonyos vizsgált reagensekkel ellentétben azt találtuk, hogy kiválasztott, összeférhető nitrogénprekurzor/NO_x és szorbens/SO₂ reakciókat nem kísérik zavaró mellékreakciók, és azok látszólag egymástól lényegében függetlenül mennek végbe. Ilyen adalékokkal a zagy megfelelő hőmérséklettartományban végzett injektálása esetén a kalciumalapú szorbens megválasztása és zagyban lévő kon4

HU 210 095 Β centrációja az SO₂ eltávolítás hatásosságának fontos meghatározói; egyébként azonos kísérleti körülmények között azonban nem volt megfigyelhető, hogy bármilyen lényeges hatást gyakorolnának az SO₂ eltávolításra. Hasonlóképpen úgy tűnik, hogy az NO_X eltávolításának fotótos meghatározója, a szorbens vizes zagyában lévő összeférhető nitrogénprekurzor koncentrációja a vizsgált tartományban nem gyakorol lényeges hatást az SO₂-csökkenés mértékére.

A fém említettek szerint SO₂ és NO_X eltávolításának egyesítése azonban megkívánja, hogy a vonatkozó dekonfcaminációs reakciók optimális üzemeltetési feltételei kölcsönösen összeegyeztethetők legyenek. Megállapítottak, hogy a találmány szerinti eljárásban a nitrogénprefeurzor/mészkő vizes zagy esetén ez fennáll.

A leírásban tárgyalt kísérleti eredmények meghatározására használt széntüzelésű kemence az Ontario Hydro tsíizeléstani kutatóberendezése (CRF) volt, amelyet 64®MJ/h tüzelési sebességnél legfeljebb 20 kg/h USA-beli bitumenes szén betáplálására terveztek. A kemence tűzálló anyaggal bélelt hengeres kamra, amely fel van szerelve a gáz- és falhőmérsékletek ellenőrzésére szolgáló berendezésekkel. Több nyílása van a teng megfigyelésére és szilárd próbák vételére szolgáló mintavevők elhelyezésére. A porított szenet az égéshez beadagolt levegő szállítja le az égőhöz, a levegőt villaanosan 350 °C hőmérsékletig lehet előmelegíteni. A szénégő mindkét oldalán elhelyezett gázégők használatosak arra, hogy a kemencét a szén adagolásának megkezdése előtt az üzemi hőmérsékletre hevítsék.

A szemégő örvénygenerátorral és négy szélkerékkel van ellátva a tüzelőanyag-levegő keveréknek az égési zónába® való jó elkeverése és elegendő tartózkodási idő biztosítására. A kemencében lévő füstgázokat a kemencét burkoló hengeres, Inconel ötvözetből készült köpenyben církuláló vízzel és/vagy levegővel hűtjük. Ez a hűtőrendszer hőmérsékletszenzorokkal és áramlásmérőkkel van felszerelve a kemence hűtési sebességének ellenőrzésére.

A kemencét elhagyó füstgázokat tovább hűtjük sorba kapcsolt, levegővel hűtött hőcserélőkkel, mielőtt az ellenálLasmérő berendezésbe és az elektrosztatikus porleválasztóiba jut Az elektrosztatikus porleválasztó egy kockaafe&ű rozsdamentes acélkamrából áll, és két sorozat cserélhető cellával van felszerelve. Az egyik sorozat ll-lemezes elektródájának elemei 2,5 cm távolságban vaainak egymástól, a másik sorozat 5-lemezes elektród-elemeinek távolsága 5 cm. A tervezett fajlagos gyűj tófölület (cm²/m³/s egységben) a két cellasorozatra 39 és Π a kiinduló tüzelési feltételekre vonatkoztatva, nagy fflmayagtartalmú USA-beli, bitumentartalmú szenet használva.

Az egéskutató berendezés műszerezése lehetővé teszi a reffiidszerben uralkodó hőmérsékletek és a füstgáz összetétefisnek (O₂, CO₂, CO, SO₂ és NO_X) állandó ellenőrzését. A kemencében lévő gáz hőmérsékletét beszívő pirométerrel, a láng hőmérsékletét optikai pirométemfl mértük. Az áramlási sebességet és a nyomást áramlásmérőkkel és manométerekkel mértük. Valamennyi mérő- és ellenőrzőrendszer számítógépes adatgyűjtő rendszerhez van kapcsolva. Az elektrosztatikus porleválasztó előtt és után izokinetikus mintavevő rendszerrel mérjük a füstgázok részecsketartalmát, a szállóhamu és hulladékok részecskéinek méreteloszlását kaszkád-rendszerű ütközéses berendezéssel határozzuk meg. In situ ellenállásmérést az ellenállásmérő berendezésben elhelyezett, „pont-sík” típusú ellenállásmérővel végzünk.

A találmány szerinti eljárás kidolgozására az égéskutató berendezés kísérleti kiépítésében alkalmazott zagyinjektáló rendszert a 2. ábra mutatja be. Az injektáló rendszer tartalmaz egy kényszerlöketű 20 szivatytyút, amely az állandóan kevert 22 tartályból 0,65-0,72 M Pa nyomással szivattyúzza a zagyot. A zagy recirkulációja és a 24 statikus keverő a kisméretű szorbens részecskéket szuszpenzióban tartja, és megakadályozza kiülepedésüket. Kis 26 adagolószivattyú szállítja a zagyot a 10 fúvókához, amelyen keresztül kisméretű cseppeket injektálunk a füstgázok áramába. A 2. ábrán bemutatott injektáló rendszerben alkalmazott 10 fúvóka szerkezetét részletesebben mutatja a 3. ábra. A zagyot a kemence közepére injektáljuk a nagynyomású, iker kivitelű (5, 3 vagy 2 mm-es) 10 íüvókán keresztül, amely egy belső 28 keverőkamrával van ellátva. Az üzemeltetési nyomás tartománya 0,27-0,49 M Pa. A 10a (Turbotak Inc. gyártmányú) rozsdamentes acél porlasztócsúcs által előállított cseppek átmérőjének mediánja az 5 mm-es porlasztócsúcs esetén 17 gm, a 3 mm-es porlasztócsúcs esetén 6 gm és a 2 mm-es porlasztócsúcs esetén 3 gm. A porlasztó egy 30 hűtőköpennyel van ellátva, amely a zagy beszáradásának és a részecskék porlasztóban történő lerakódásának elkerülésére szükséges.

Amint az 1. ábra sematikusan mutatja, a szorbens és a karbamidadalék vizes zagyát a kemence középső tartományába injektáljuk, ahol 900-1400 °C között kiválasztott injektálási hőmérséklet érhető el. A nem egyesített SO₂-, illetve NO_x-eltávolítási folyamatok tanulmányozására végzett előzetes kísérletekben a 10 fúvókán keresztül karbamid-adalékmentes zagyot vagy vizes karbamid-oldatot injektáltunk egyedül.

Az SO₂-eltávolítást befolyásoló paramétereket nitrogénprekurzortól mentesen oly módon tanulmányoztuk, hogy az SO₂ füstgázokból való eltávolítására két különböző, Ontario államból származó kalcitos mészkő és egyfajta dolomit zagyát injektáltuk az USA keleti részéről származó, 1,7 tömeg% kenet tartalmazó bitumentartalmú szén égetése közben. Szorbens injektálásával kísérleteket végeztünk még két további szénfajta esetén: az USA keleti részéről és Nyugat-Kanadából származó szén 1,5 tömeg% kéntartalmú keverékével és 2,8 tömeg% kéntartalmú új-skóciai szénnel. Az új-skóciai szénből történő SO₂-eltávolításra új-skóciai Mosher mészkő zagyát használtuk. Valamennyi eredményt az Ontario Hydro cég fent leírt égéskutató berendezésével nyertük.

Megállapítottuk, hogy a zagy cseppecskéinek mérete fontos paraméter a szorbens zagy injektálásával történő SO₂-eltávolítás hatásosságának meghatározásában. A kalciumalapú szorbens nagy szorbeáló felüle5

HU 210 095 Β tének, jó eloszlásának és a füstgázokkal való keveredésének biztosítására kisméretű cseppek kívánatosak. Ha azonban a cseppek mérete túl kicsi, a szorbens bejutása a kemencébe nem megfelelő, a füstgázokkal való keveredése csekély, ami az SO₂-eltávolítás csökkenését eredményezi. A 4a. és 4b. ábra görbéi olyan mérések eredményeit ábrázolják, amelyeket 3 mm-es Turbotak fúvókával és finoman porított Pt. Anne eredetű mészkő 40 tömeg%-os vizes zagyával végeztünk, (a szorbensből származó) Ca és a (szénből származó) S „Ca/S” mólaránya 3,0; a zagy áramlási sebessége 70 ml/perc és az injektálási hőmérséklet 1200 °C volt. A kísérleti berendezésben 1,7 tömeg% kéntartalmú USA-beli szenet égettünk. A 4a. ábrán az abszcisszán a porlasztó levegő nyomása (M Pa mértékegységben), az ordinátán a porlasztott zagy cseppmérete (pm mértékegységben) van feltüntetve. A 4b. ábrán az abszcisszán a porlasztott zagy cseppmérete (pm mértékegységben), az ordinátán a %-ban kifejezett SO₂-eltávolítás van feltüntetve. Az optimális cseppméretet 5-7 pm-ben határoztuk meg.

Azt találtuk, hogy a mészkő növekvő porozitásával javul a mészkőzagy injektálása útján történő kénmegkötés hatásossága, amint azt a 25. ábra grafikusan mutatja. Az ábrán az abszcisszán a mészkő porozitása, az ordinátán a %-ban kifejezett SO₂-eltávolítás van feltüntetve. A vizsgált szén/szorbens típusok a következők: USA-beli szén Pt. Anne eredetű mészkővel (üres körrel jelölt pontok), USA-beli és nyugat-kanadai szén keveréke Pt. Anne eredetű mészkővel (rombuszok), új-skóciai szén új-skóciai mészkővel (háromszögek) és USA-beli szén Beachville eredetű mészkővel (négyzetek). Az injektálás hőmérséklete 1200 °C, az injektálási mód egyenáramú, a cseppek méretének mediánja 6 pm volt, és 40 tömeg%-os vizes zagyot alkalmaztunk. Közelítőleg 50% porozitású mészkő 40 tömeg%-os vizes zagya 70%-os SO₂-eltávolítást biztosított 3 értékű Ca/S mólaránynál (kihúzott vonal), míg ugyanilyen körülmények között 17% porozitású mészkő csak 55% SO₂t kötött meg. (A szaggatott vonal 2,2-2,5 értékű Ca/S mólarányra vonatkozik).

Megállapítottuk, hogy adott Ca/S arány esetén a dolomit hatékonyabb szorbens, mint a mészkő. Hasonló üzemeltetési körülmények között 42% porozitású dolomit 83% SO₂-ot kötött meg. A dolomit CaO-tartalma azonban annyira alacsony, hogy szorbensként történő egyedüli alkalmazása túl nagy mennyiségű zagy injektálását kívánná meg a porterhelést olyan mértékben növelve, amely már rontaná az elektrosztatikus porleválasztó működését.

A kénmentesítés fokozására szolgáló reagensként számos adalékot vizsgáltunk meg a mészkőhöz. A Pt. Anne eredetű mészkő adalékolására megvizsgált adalékok magukba foglaltak dolomitot, nátrium-hidroxidot és hidratált meszet. A mészkő kalciumtartalmának adott hányadát helyettesítettük az adalék ekvivalens mennyiségével, fenntartva ezáltal az adalékmentes esetre (a kiinduló tüzelési feltételekre) érvényes Ca/S sztöchiometriai arányt. A kísérleti eredményeket a 6a. és 6b. ábra görbéi mutatják, amelyekből kitűnik, hogy a kénmegkötés növelésére a dolomittal adalékolt Pt. Anne eredetű mészkő a leghatásosabb. Az injektálási hőmérséklet és mód, valamint a porlasztott zagy cseppmérete ugyanaz volt, mint az adalékmentes kísérlet esetén (5. ábra). Az ábra az SO₂ %os eltávolítására és a kalciumhasznosítás %-ban kifejezett értékére mutat görbéket. Utóbbiak a szorbens adott összetétele és adagolási sebessége esetén a szorbens/SO₂ reakció hatásosságának mértékéül szolgálnak.

A Pt. Anne eredetű mészkő kalciumtartalma 10%ának helyettesítése dolomittal az SO₂-megkötést 70%ról 80%-ra, a kalciumhasznosítást 23%-ról 27%-ra növelte Ca/S = 3,0 mólarány esetén, amint a 6a. és 6b. ábra mutatja. A 6a. ábrán az abszcisszán a Ca/S mólarány, az ordinátán a %-ban kifejezett SO₂-eltávolítás van feltüntetve. A 6b. ábrán az abszcisszán a Ca/S mólarány, az ordinátán a %-ban kifejezett Ca-hasznosítás van feltüntetve. Az üres négyzetek 15 tömeg% dolomittal, a tele négyzetek 5 tömeg% nátrium-hidroxiddal, az üres körök 10 tömeg% hidratált mésszel adalékolt, a tele körök adalékmentes mészkővel kapott kísérleti adatokra vonatkoznak. A fenti mólarány 2 értékénél az SO₂-megkötés 53%-ról 67%-ra, a kalciumhasznosítás 27%-ról 34%-ra javult. A többi említett adalék a kénmegkötés csökkenő sorrendjében a nátrium-hidroxid és hidratált mész. Mivel az adalékok közül dolomit a leggazdaságosabb, és a kénmegkötés növelése és a kalciumhasznosítás javítása tekintetében a többi adaléknál jobbnak bizonyult, a dolomittal adalékolt mészkő tűnik a kedvező szorbensnek szolgáltató kazánok füstgázaiból az SO₂-emisszió eltávolítására alkalmazott zagy céljára.

Megállapítottuk, hogy a Ca/S arány csökkenésével, azaz a szorbens adagolási sebességének csökkenésével a kénmegkötés valamennyi vizsgált szén/szorbens párosítás esetén csökken, míg a szorbens hasznosítása növekszik. A 7a. és 7b. ábrán bemutatott eredményeket a szorbens 40 tömeg%-os vizes zagyának egyenáramú injektálásával nyertük 3 mm-es Turbotak fúvókát használva, amellyel porlasztott cseppek átmérőjének mediánja 6 pm volt. A 7a. ábrán az abszcisszán a Ca/S mólarány, az ordinátán a %-ban kifejezett SO₂-eltávolítás van feltüntetve. A 7b. ábrán az abszcisszán a Ca/S mólarány, az ordinátán a %-ban kifejezett Ca-hasznosítás van feltüntetve. Az ábrán a nyitott körök 1200 °C, a tele körök 1300 °C injektálási hőmérsékletet jelölnek. Az egyes görbékhez írt jelek magyarázata a következő. B mészkő (Beachville)

PA mészkő (Pt. Anne)

US USA-beli szén

US WC szénkeverék (USA-beli és nyugat-kanadai)

D dolomit NSC új-skóciai szén.

A porózus, Pt. Anne eredetű mészkő esetén a Ca/S arány csökkentése 3-ról 1,5-re az SO₂ megkötés 70 %-ról 50%-ra csökkenését eredményezte. Dolomittal 3 és 1,5 Ca/S aránynál az SO₂-megkötés 83%, illetve 75% volt.

Csak szorbenst alkalmazó egyéb vizsgálatok azt mutatták, hogy a kénmegkötés jelentős mértékben függ

HU 210 095 Β az injektálás módjától és az injektálás helyén uralkodó hőmérséklettől (8a. és 8b. ábra). A 8a. és 8b. ábrán az abszcisszán a hőmérséklet (°C-ban), az ordinátán a %-ban kifejezett S0₂-eltávolítás van feltüntetve. A 8a. ábra ellenáramú, a 8b. ábra egyenáramú injektálásra vonatkozik. A 8a. és 8b. ábrán jelölt pontok a szén és mészkő jellemző kombinációira vonatkoznak az 1. táblázatban feltüntetett Ca/S aránynál.

1. táblázat

jel	szén eredete	kéntartalom tömeg%	mészkő eredete	Ca/S arány
•	USA	1,7	Pt. Anne	3,0
▲	USA	1,7	Beachville	3,0
Δ	USA-Nyugat- Kanada	1,5	Pt. Anne	3,0
O	Új-Skócia	2,8	Új-Skócia	3,2
	Új-Skócia	2,8	Pt. Anne	3,0
□	USA	1,7	dolomit	1,5-3,0

tömeg%-os mészkőzagy (Pt. Anne és Beachville) tömeg%-os mészkőzagy (Új-Skócia)

Cseppek átmérőjének mediánja 6 pm (3 mm-es Turbotak fúvóka)

Az új-skóciai mészkövet 40 tömeg%-os vizes zagyként injektáltuk Ca/S = 2,2 arány mellett. Csak az egyenáramú injektálási módot alkalmaztuk dolomittal és az USA-beli szénnel. 3 mm-es nyílású fúvókát és egynéhány esetben 5 mm-es fúvókát alkalmaztunk, amelyekkel előállított cseppek átmérőjének mediánja 6, illetve 17 pm volt. A füstgáz SO₂- tartalmát az injektálás előtt és után regisztráltuk. Az eredményeket a 8a. és 8b. ábra görbéi mutatják. A 8a. ábra az ellenáramú, a 8b. ábra az egyenáramú injektálásra vonatkozik. Amint ezeken a görbéken látható, valamennyi vizsgált szénés mészkőtípusnál az optimális injektálási hőmérséklet egyenáramú injektálásnál mintegy 1200 °C, míg ellenáramú injektálásnál mintegy 1100 °C. Az ellenáramú injektálási mód alacsonyabb optimális hőmérséklete azon a tényen alapul, hogy abban az injektálási módban a zagyot a kemence magasabb hőmérsékletű része felé injektáljuk. így az 1200 °C hőmérsékletnél injektált zagy ténylegesen magasabb hőmérsékletre jut, ahol szinterezés és kiégetés játszódik le, és a kénmegkötés kevésbé hatékony. Mind az egyen-, mind az ellenáramú injektálási módnál csökkent a kénmegkötés, ha a hőmérsékletet az optimális értékhez képest növeltük vagy csökkentettük.

Az optimális kénmegkötés az összes vizsgált szénás mészkőtípusnál jelentősen nagyobb volt az egyenáramú injektálás esetén, mint ellenáramú injektálásnál. A legnagyobb (83%-os) SO₂-megkötést dolomittal figyeltük meg. Amint a 8a. és 8b. ábra görbéiből látható, 900 °C alatti vagy 1350 °C feletti hőmérsékleteknél az SO₂-megkötés jelentősen, elfogadhatatlanul alacsony értékekre csökken mindkét injektálási mód és valamennyi vizsgált szorbens esetén.

Az Ontario Hydro cég erőműegységeiben fennálló viszonyok szimulálására a kemence hűlési sebességét 500 C/s értéken tartottuk valamennyi külön elvégzett vagy egyesített vizsgálat esetén, amelynek eredményeit közöljük. Egy kísérlet esetén a hűtési sebességet 500 °C/s értékről 280 °C/s értékre változtattuk, ezáltal a zagynak az effektív szulfátosodási zónában (9001300 °C) vett tartózkodási idejét 660 ms-ről 900 ms-re növeltük. Nem volt megfigyelhető az SO₂-megkötés jelentős változása, ellentétben a technika állása szerint ismert, a kemencébe száraz mészkövet injektáló eljárásokkal, amelyeknél a szulfátosodási zónában vett tartózkodási idő növelése jelentősen javítja a kénmegkötést. A zagy injektálása viszonylagos érzéketlenségének oka valószínűleg a mészkőzagy és SO₂ közötti reakció nagy sebessége.

A következőkben összefoglaljuk a karbamidoldatok kemencébe injektálása során szerzett tapasztalatokat. Az SO₂ eltávolításával egyesített folyamatban alkalmazható, vizsgált nitrogénprekurzorok közül a karbamid bizonyult a leghatékonyabbnak a füstgázokban lévő ΝΟχ-koncentráció csökkentésére. A karbamid oldódik a szorbens zagyban, az SO₂- és NO_xeltávolítás szempontjából optimális injektálási hőmérsékleteket megegyezőnek találtuk; az SO₂- és NO_x-megkötési reakciók nem zavarják egymást. A mészkőzaggyal együtt alkalmazott karbamidadalék hatásának megbecslésére számos előzetes vizsgálatban tanulmányoztuk az egyedüli NO_x-eltávolítás befolyásoló paramétereit, amelynek során kalciumalapú szorbens alkalmazása nélkül karbamidoldatot injektáltunk.

Az egyedül szorbens zaggyal történő SO₂-eltávolítás esetéhez hasonlóan azt állapítottuk meg, hogy a karbamidoldatnak a kemencébe történő injektálási módja és az injektálási helynél fennálló hőmérséklet a legfontosabb az NO_x-eltávolítás hatásossága szempontjából. A kapott kísérleti eredményeket %-ban kifejezett NO_x-eltávolításként grafikusan ábrázoltuk az injektálási hőmérséklet függvényében. A 9. ábrán a két folytonos vonallal kihúzott görbe egyenáramú injektálásra, a két szaggatott vonallal jelölt, alacsonyabban elhelyezkedő görbe ellenáramú injektálásra vonatkozik. Az ábrán az abszcisszán a kazán közepén vett, °C-ban megadott injektálási hőmérséklet, az ordinátán a %-ban megadott NO_x-eltávolítás van feltüntetve. A tele körrel és üres háromszöggel ábrázolt adatok 2:1, az üres körrel és tele háromszöggel ábrázolt adatok 3:1 karbamid/NO_x mólarányra vonatkoznak. Karbamid

13,5 tömeg%-os vizes oldatát injektáltuk Turbotak fúvókán át, a cseppek átmérőjének mediánja 17 pm volt. Tüzelőanyagként 1,7 tömeg% kéntartalmú, az USA keleti részéről származó, bitumentartalmú szenet használtunk.

Ezeknek az eredményeknek a 8a. és 8b. ábrával kapcsolatosan, fentebb tárgyalt eredményekkel való összehasonlítása alapján várható volt, hogy az egyenáramú injektálási mód alkalmasnak bizonyulhat a karbamidadalék és a szorbens zagy egyesítésére, mivel a maximális NO_x-megkötéshez tartozó 1100-1200 °C injektálási hőmérséklet megegyezett az SO₂-megkötés

HU 210 095 Β hőmérsékletével a mészkőzagy kemencébe történő injektálása folyamán. Optimális hőmérsékleteken, egyenáramú injektálást alkalmazva az NO_x-megkötés 90%-ot tesz ki, ellenáramú injektálás esetén viszont kisebb volt, mint 30%.

Az egyesített eljárás üzemi alkalmazása szempontjából fontos körülmény, hogy 90%-os NO_x-megkötés elérése csak mintegy +50 °C-os hőmérséklettartományt tesz lehetővé. Ha kielégítőnek tekintünk 80%-os NO_Xmegkötést, akkor a hőmérséklettartomány +150 °C-ra növekszik.

Az NO_X karbamid injektálásával történő eltávolítását a karbamid sztöchiometriai aránya, azaz a karbamid adagolási sebessége függvényében is megvizsgáltuk. A karbamid/NO_x sztöchiometrikus arányát 1-3 között változtattuk, és különböző módon injektáltuk a kemencébe, 2 (a 10a. és 10b. ábrán háromszög jel), 3 (kör jel) és 5 mm-es (négyzet jel) Turbotak fúvókát alkalmazva, amelyekkel előállított cseppek átmérőjének mediánja rendre 3, 6 és 17 μπι volt. 13,5 tömeg%-os vizes karbamidoldatot injektáltunk 1100 °C hőmérsékleten egyenáramú módban. Az égőt 1,7 tömegű kéntartalmú, az USA keleti részéről származó, bitumentartalmú szénnel működtettük. A kísérleti adatokat a 10a., illetve 10b. ábra görbéin mutatjuk be, a karbamid/NO_x sztöchiometriai arány függvényében ábrázolva a százalékban kifejezett NO_x-megkötést (10a.) és karbamid-hasznosítást (10b.). A karbamid/NO_x sztöchiometriai arány 3, illetve 1,5 értékénél az NO_x-megkötés 90% és 80%, az adalék hasznosítása 30%, illetve 53% volt.

A következőkben példákon keresztül mutatjuk be a találmányt. Az egyesített S0₂-NO_x-eltávolítást először nitrogénprokurzorként karbamidadalékkal szemléltetjük.

1. példa

SO₂ és NO_X megkötését egyidejűleg végezzük el oly módon, hogy mészkő vizes zagyához karbamidot adagolunk, és a külön alkalmazott szorbens/SO₂ és karbamid/NO_x eltávolítást eljárások fent leírt eredményeinek alapján az üzemeltetési körülményeket a két szennyező optimális megkötésére állítjuk be.

All. ábrán látható görbe a mért, százalékban kifejezett SO₂- és NO_x-megkötést ábrázolja a °C-ban megadott hőmérséklet függvényében a következő, optimalizált üzemeltetési körülmények között:

- porózus mészkőzagy 40 tömeg%-os vizes oldata,

- Ca/S arány = 3,0,

- a zagy karbamidkoncentrációja 13,5 tömeg%,

- karbamid/NO_x arány = 2,0,

- injektálási mód: egyenáramú,

- fuvóka: 3 mm-es Turbotak, a cseppek átmérőjének mediánja 6 pm.

A négyzettel ábrázolt pontok az NO_x-megkötésre, a kitöltött körök az SO₂-megkötésre vonatkoznak.

A tüzelőanyag ugyanaz az 1,7 tömeg% kéntartalmú USAbeli bitumentartalmú szén, amelyet a külön SO₂és NO_x-eltávolítási eljárások tanulmányozása során alkalmaztunk. Az eredmények azt mutatják, hogy az eljárások egyesítése sikeres, az eltávolítás az SO₂ 70%áig és az NO_X 90%-áig biztosítható, ha az adalékolt mészkőzagyot 1200 °C + 50 °C hőmérsékleten injektáljuk. Az NO_x-megkötés jelentősen csökken mind magasabb, mind alacsonyabb injektálási hőmérsékleteken. Az SO₂-megkötés hőmérséklettartománya jóval szélesebb. A fentiek értelmében ha az üzemi működtetés megkönynyítése céljából szélesebb hőmérséklettartomány szükséges, 1130-1280 °C üzemelési hőmérséklettartományban 65-70% SO₂-megkötés és 80-90% NO_x-megkötés érhető el.

2. példa

Az 1. példában alkalmazottól eltérő szorbens, nevezetesen 1200 °C hőmérsékleten egyenáramban injektált 15 tömeg% dolomittal adalékolt mészkő alkalmazásával végzünk egyidejű SO₂- és NO_x-megkötést. A szorbens Ca/S arányként mért, égéstérbe történő adagolási sebességét változtatjuk. A 12. ábrán a Ca/S és adalék/NO_x mólarány függvényében ábrázoljuk a %-os SO₂-megkötést (körrel jelölt adatok) és a %-os NO_Xmegkötést (négyszöggel jelölt adatok). A fenti kísérleti körülmények között és Ca/S = 3,0 mólaránynál a füstgázokból egyidejűleg az NO_X körülbelül 90%-át és az SO₂ körülbelül 80%-át távolítjuk el, ami mindkét szennyező tekintetében nagyon kielégítő tisztítási mértéket jelent.

3. példa

Annak érdekében, hogy a találmány szerinti egyesített eljárásnak megfelelő egyidejű szennyezőanyag-eltávolítást összehasonlítsuk NO_X és SO₂ külön-külön, azonos kísérleti körülmények között végzett eltávolításával, az egyesített eljárásban a két sztöchiometriai arányt összhangban változtatjuk. Az eredményeket a 2. táblázat mutatja.

2. táblázat

	Ca/S mólarány	Karba- mid/NOx mólarány	SO2-eltá- volítása	NOx-eltá- volítás (%)
a)	1,5	-	62	-
b)	-	1,5		81
c)	1,5	1,5	59	75
a)	2,0	-	67	-
b)	-	2,0	-	89
c)	2,0	2,0	67	88
a)	3,0	-	80	-
b)	-	3,0	-	90,91,92
c)	3,0	3,0	78	90

A táblázat bal oldalán álló „a”, „b” és „c” jelölések minden esetben arra utalnak, hogy egyedül szorbens zagyot, egyedül karbamidoldatot, illetve egyesített zagyot injektálunk. A zagyot mindegyik példában egyenáramban injektáljuk egy Turbotak fuvókán keresztül (a cseppek átmérőjének mediánja 6 μιη) 1200 °C injektálási hőmérsékleten. A kemencében 1,7 tömeg% kéntar8

HU 210 095 Β talmú, USA-beli szenet égetünk el, és az alkalmazott szorbens az előző példa szerinti, 15 tömeg% dolomittal adalékolt mészkő, amely a vizsgálatok szerint a legjobb eredményeket adja.

Összehasonlításokat a Ca/S és karbamid/NO_x sztöchiometriai arány 1,5, 2,0 és 3,0 értékénél végzünk. Az egyesített rendszerben az NO_x-eltávolítás és SO₂-eltávolítás hatásossága a kísérleti hibán belül megegyezik az egyes szennyezők egymástól független eltávolításának hatásosságával. A szorbens/SO₂ és karbamid/NO_x reakcióknak ez az alapvető függetlensége, a paramétereknek, így az injektálási hőmérsékletnek, injektálási módnak és hasonlóknak kölcsönösen megegyező optimumával együtt képezi az alapját a két szennyező egyidejű megkötésére irányuló első valódi egyesített eljárásnak.

4. példa

A 13. ábra magában foglalja a 11. ábra (1. példára vonatkozó) adatait (kihúzott vonalak), tartalmazza továbbá azokra az adatokra vonatkozó (szaggatott vonallal összekötött) pontokat, amelyeket a Turbotak típustól eltérő („NRC”) fúvókával nyerünk. Az ábra abszcisszáján a °C-ban megadott injektálási hőmérséklet, az ordinátán az NO_x-megkötés, illetve az SO₂-megkötés van feltüntetve. A négyzettel jelölt pontok ismét az NO_X-megkötésre, a körök az SO₂-megkötésre vonatkoznak. A fúvóka cseréje következtében az optimális injektálási hőmérséklet mind az SO₂-, mind az NO_Xmegkötés számára 1200 °C-ról mintegy 1100 °C-ra csökken a két fúvóka között - a permet jellegzetességében - fennálló különbségek következtében. Az eredmények azonban ismét a találmány szerinti eljárás valódi egyesített jellegéről tanúskodnak, mivel bármelyik fúvóka esetén az SO₂- és NO_x-eltávolítás egyidejűleg optimalizálható.

A következőkben nitrogénprekurzorként ammónium-karbonát adalékkal mutatjuk be az egyesített SO₂NO_x-eltávolítást. A 3. táblázatban közölt és a 14a. és 14b. ábrán feltüntetett kísérleti adatok azt mutatják, hogy mészkő vizes zagyában nitrogénprekurzorként ammónium-karbonát (AC) csaknem olyan hatásos füstgázokból NO_X és SO₂ egyidejű eltávolítása szempontjából, mint a karbamid.

3. táblázat

A) a hőmérséklet hatása

szorbens/nitrogén-prekuizor 40 tömeg%-os zagy	adagolási mólarány	kezdeti koncentráció ppm	injektálási hőmérséklet °C	eltávolítás %
Ca/S	AC/N	SO2	NOX		SO2	NOX
LS/D-AC	2,0	2,0	1100	630	1350	55
					1250	47	18
					1200	50	32
					1150	55	54
					1100	58	70
					1025	50	85
LS-AC	3,0	2,0	955	495	1200	62	55
				*	1100	68	48
					975	62	65
LS-AC	2,0	2,0	1155	588	1200	70	71
	1,7	1,7			1200	64	63
LS-A	3,0	3,0	1280	598	1200	85	39
					1100	57	64
					975	59	53
	2,5	2,5			1200	69	18
					1100	54	55
					975	54	48

HU 210 095 Β

3. táblázat (folytatás)

B) a szorbens-adalék adagolási arány hatása

szorbens/nitrogén-prekurzor 40 tömeg%-os zagy	adagolási mólarány	kezdeti koncentráció ppm	injektálási hőmérséklet °C	eltávolítás %
Ca/S	AC/N	SO2	NOX		so2	NOX
LS/D-AC	1,0	1,0	1100	630	1100	38	43
	1,5	1,5				52	61
	2,0	2,0				61	73
	2,5	2,5				68	65
	3,0	3,0				74	67
LS-A	3,0	3,0	1280	598	1100	57	64
	2,5	2,5				54	55
	2,0	2,0				49	38
	1,5	1,5				45	30
	3,0	3,0			975	59	53
	2,5	2,5				54	48
	2,0	2,0				47	33
	1,5	1,5				48	31

LS/D10 tömeg% dolomittal adalékolt Pt. Anne eredetű mészkő AC ammónium-karbonát LS Pt. Anne eredetű mészkő A ammónia

A találmány szerinti egyesített eljárással, optimalizált 30 üzemeltetési körülmények között mészkőzaggyal és ammónium-karbonáttal végzett SO₂- és NO_x-eltávolításra vonatkozó adatok azt jelzik, hogy mintegy 1100 °C injektálási hőmérséklet, 2,5-3 értékű Ca/S arány és 2-2,5 értékű AC/ΝΟχ arány esetén 75%-ig teqedő SO₂-eltávolítás és 85%-ig terjedő NO_x-eltávolítás érhető el.

A 14a. ábra az SO₂-eltávolítás (üres körrel jelölt pontok) és az NO_x-eltávolítás (tele körrel jelölt pontok) változását mutatja a °C-ban megadott injektálási hőmérséklet függvényében, rögzített Ca/S = 2 és AC/NO_X = 2 mólarány értéknél, dolomittal adalékolt Pt. Anne eredetű mészkő 40 tömeg%os vizes zagyát ammónium-karbonáttal használva.

Ugyanezen reagensek rögzített, 1100 °C-os injektálási hőmérsékleten történő használata esetén a 14b. 45 ábrán látható a két szennyező anyag eltávolításának változása növekvő Ca/S és AC/NO_X mólarány esetén.

A következőkben nitrogénprekurzorként ammóniaadalékkal mutatjuk be az egyesített SO₂-NO_x-eltávolítást.

A 15a. és 15b. ábra ammóniaadalékra nézve mutat hasonlóan ábrázolt adatokat, mint a 14a. és 14b. ábra ammóniumkarbonát adalékra vonatkozóan. Pt. Anne eredetű mészkő ammóniával adalékolt 40 tömeg%-os vizes zagyát alkalmaztuk a kísérletek során. A 15a. ábra az SO₂-eltávolítás (üres körrel jelölt pontok) és az NO_x-eltávolítás (tele körrel jelölt pontok) %-ban kifejezett változását mutatja az injektálási hőmérséklet függvényében. A folytonos vonallal összekötött pontok 3,0, a szaggatott vonallal összekötött pontok 2,5 mólarány értékre vonatkoznak mind a Ca/S, mind az

NH3/NOX mólarány tekintetében. A 15b. ábra ugyanezen szorbens és nitrogénprekurzor esetén mutatja a szennyező anyagok %-ban kifejezett eltávolítását a mólarány függvényében két rögzített injektálási hőmérsékleten, 1100 °C-on (folytonos vonallal összekö35 tött pontok) és 975 °C-on (szaggatott vonallal összekötött pontok).

Optimalizált üzemeltetési körülmények között 58%-os SO₂-eltávolítást és 64%-os NO_x-eltávolítást értünk el. Ily módon az ammóniával adalékolt mészkőza40 gyot a kén- és nitrogén-oxidok eltávolítása szempontjából kevésbé hatékonynak találtuk, azonban a kalciumalapú szorbens szulfátképzési hőmérséklettartományában még mindig figyelemre méltó hatékonyságú a szennyező anyagok eltávolítása tekintetében.

Összefoglalóan megállapítható, hogy a találmány szerinti eljárásnak megfelelően összeférhető nitrogénprekurzorral adalékolt kalciumalapú szorbens zagy kemencébe történő injektálása egyszerű és hatásos eljárást biztosít SO₂ és NO_X egyidejű eltávolítására erőművek és 50 hamvasztókemencék füstgázaiból. Az eljárás lehetővé teszi a reagensek jó eloszlását és a füstgázokkal való jó keveredését, megakadályozza a szorbens inaktiválását, és kedvező hőmérsékleteken elegendő tartózkodási időt biztosít ahhoz, hogy a CaO/SO₂ és a nitrogénprekurzor/NO_x 55 reakciók hatásosan lejátszódjanak. Meghatároztuk az eljárás szempontjából a savanyú kémhatású gáz megkötését befolyásoló változókat, és különböző szorbenseket különböző típusú szenekkel használva optimalizáltuk a változókat a savanyú kémhatású gáz maximális eltávolítása és a 60 szorbens hasznosítása szempontjából.

HU 210 095 Β

A példák csak szemléltetésül szolgálnak, azok nem korlátozzák a találmány szerinti eljárás oltalmi körét. Nyilvánvaló, hogy a csatolt igénypontok által képviselt oltalmi körön belül bizonyos változtatások és módosítások lehetségesek.

Claims (8)

1. Eljárás fosszilis tüzelőanyaggal működtetett égetőberendezésben keletkező -füstgázok SO₂- és NO_Xtartalmának egyidejű csökkentésére, azzal jellemezve, hogy a berendezés égésterének (8) 900-1350 °C hőmérsékletű helyén porlasztott vizes zagyként SO₂ finomszemcsés, kalciumalapú szorbenseként mészkő vagy mészkő, dolomit és nátrium-hidroxid vagy hidratált mész alkotta keverék, valamint nitrogénprekurzor vizes diszperzióját injektáljuk, ahol a zagyban a szorbensnek, illetve a nitrogénprekurzomak mennyiségére vonatkozóan a kalcium koncentrációját az SO₂ mólekvivalensének (1,5-3) szorosára, a nitrogénprekurzor koncentrációját az NO_X ekvivalensének legalább 1,5szeresére választjuk.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan porlasztott zagyot alkalmazunk, amelyben a cseppek átmérőjének mediánja legfeljebb 150 pm.

3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a zagyban a nitrogénprekurzor koncentrációját az NO_X mólekvivalensének (1,5-2,5) szeresére választjuk.

4. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a nitrogénprekurzorként karbamidot alkalmazunk.

5. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a porlasztott zagyot a füstgázok áramlásával egyező irányban injektáljuk a berendezés égésterébe (8).

6. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a zagyot 1100-1300 °C közötti hőmérsékletű helyen injektáljuk a berendezés égésterébe (8).

7. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy kalciumalapú szorbensként legfeljebb 15 tömeg% dolomittal jól elkevert, porított mészkövet alkalmazunk.

8. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy nitrogénprekurzorként karbamidot, továbbá olyan porlasztott zagyot alkalmazunk, amelyben a cseppek átmérőjének mediánja 3-17 pm.