HU212098B - Method and apparatus for entire dry desulfurizating flue gases of sulfur dioxide and dust content and pipeline formation for the apparatus - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás SO₂- és portartalmú égéstermék füstgázok teljes száraz kénmentesítésére. A találmány szerinti eljárás különösen alkalmas szén, főként barnaszén elégetéskor keletkező füstgázok teljes száraz kénmentesítésére, ahol az égéstermékként keletkezett füstgáz szállóhamut tartalmaz. Vonatkozik továbbá az eljárás más tüzelőanyagok SO₂-tartalmú füstgázainak kénmentesítésére, amelyekben a szállóhamu helyett por van belekeverve.

A találmány tárgyát képezik az eljárás végrehajtására szolgáló berendezések, amelyek egy adott esetben egy egyenként több párhuzamosan kapcsolt csőből álló első csőszakaszt és második csőszakaszt is tartalmazó kazán forgástest alakú, vagy ezzel egyenértékű hidraulikus átmérőjű négyszögszelvényű lángcsövére dolgozó égőt tartalmaznak. A találmány végül vonatkozik az ilyen berendezések utánkapcsolt hőhasznosító csőszakaszainak kialakítására is.

A találmány szerinti eljárás és berendezés, általában a jelen leírásban taglaltak tekintetében száraz kénmentesítésen azt kell érteni, hogy a kénmentesítési folyamat az égési gázok harmatpontját egy olyan hőmérsékletkülönbséggel meghaladó hőmérsékleten játszódik le, hogy az elégetés után kapcsolt berendezésrészekben (portalanító, kémény, stb.) a füstgázok víztartalmának kondenzálódása nem következik be.

Az égéstermék füstgázok teljes kénmentesítésére ismeretesek ún. nedves eljárások, amelyeknél az égési füstgázokat abszorbeáló folyadékokkal - például kálilúggal - hozzák érintkezésbe. Ezeknél hátrányként jelentkezik, hogy az égési füstgázok ezen eljárási fázist legalább részben nedvességgel telítetten hagyják el, amiből a következő berendezésrészekben bevonódás, lerakódás képződési és korróziós jelenségek adódnak, amelyek ellen a füstgázok újbóli felmelegítésével próbálnak védekezni.

Ismeretesek már száraz kénmentesítési eljárások is, amelyeknél például CaCO₃-at fújnak be a tűztérbe. Ez kb. 900 °C-on szétbomlik, majd részben az SO₂-vel és az S0₃-mal lép reakcióba. Ezen eljárással valamivel 80% feletti, tehát csak részleges kénmentesítési fok érhető el.

A teljes kénmentesítés kívánalmát jobban megközelítik az olyan ismert kénmentesítési eljárások, amelyeknél a füstgázok a szállóhamuval és/vagy beadagolt abszorbeálókkal együtt közel az égéstermék füstgázok harmatpontjáig lehűlnek, vagy amelyeknél a harmatpontot víz vagy vízgőz hozzáadagolása révén megfelelően megemelik. Ilyen eljárások megismerhetők például a 3 240 373 vagy a 3 332 928 sz. DE szabadalmi leírásokból. Itt különösen a füstgázok lehűtésének utolsó fázisát úgy végzik, hogy előzőleg más módon lehűtött szállóhamut és/vagy abszorbenseket adnak hozzá a füstgázhoz, s ez ilymódon tovább lehűl. Eközben arra törekednek, hogy a lehűtést a harmatpont felett kevesebb mint 5 °C-ig végezzék, mivel csak ilyen módon lehet 90%-os vagy még ennél is nagyobb mértékű kénmentesítést elérni. Ezen eljárással azonban mindeddig nem tudtak teljes kénmentesítést produkálni.

Egy további, szárazon dolgozó kénmentesítési eljárást ismertet a ZKG folyóirat 3/1990. számában a 139— 143. oldalon megjelent beszámoló tanulmány. Az ismertetés szerint az SO₂-tartalmú füstgázokat egy örvénylésben tartott rétegen vezették át, amely Ca(OH)₂ból és durva cementlisztből állt. Ezt az örvénylő réteget a vízharmatpont közvetlen közelében lévő hőmérsékleten, konkrétan 65 ’C üzemhőmérsékleten tartották, amikor a harmatpont 50 ’C és 61 ’C között volt. A berendezések magas ráfordításigénye, a nagy energiaigény és az alkalmazott abszorbensek dacára és kéntelenítést csak 423 mg/m³ átlagos SO₂-tartalomra sikerült levinni, ill. elvégezni. Hátrányos továbbá, hogy a harmatpont közelisége könnyen odasülést okoz, továbbá hogy a visszamaradó SO₂-tartalom az utánkapcsolt berendezésekben korróziót idézhet elő. A harmatponttól való távolság további csökkentése, ami határesetben is csak 65’-6Γ = 4’ értékű lehet, erősen megnövekvő problémákkal jár az odasülés és a korrózió vonatkozásában. Teljes és száraz kénmentesítés ezzel az eljárással sem lehetséges.

A találmány célja olyan száraz eljárás kialakítása, amelynek segítségével egyszerű módon el lehet érni az égéstermék füstgázok teljes kénmentesítését.

A kitűzött célt olyan eljárás kialakításával és alkalmazásával érjük el, amelynek során a találmány szerint szénpor és egyéb hamutartalmú tüzelőanyagok elégetésénél ill. alternatív esetben hamut nem vagy csak nem kielégítő mennyiségben tartalmazó tüzelőanyagok elégetésénél a hamutartalmú szénport és az egyéb tüzelőanyagokat ill. a lángba finomra őrölt formában bejuttatott alkalmas abszorbenseket - például mészkőlisztet tüzelőanyag nagyobb mint 3000 °C/mp, előnyösen nagyobb mint 5000 ’C/mp hevítési sebességű elégetésével 900 ’C fölötti, előnyösen 1200 ’C fölötti, de a lángban való tartózkodási időn belül már a hamu ill. az adszorbensek szinterelődését kiváltó hőmérséklet alatti hőmérsékletre történő felhevítéssel aktiváljuk, majd a füstgázokat egy azoknak a lehűtéstől a tartalmazott finompor részecskék elkülönítéséig eltelt tartózkodási időtől függő hőmérsékletkülönbséggel a harmatpontot meghaladó hőmérsékletre hűtjük le úgy, hogy 0,8 mpes tartózkodási időnél ezen hőmérsékletkülönbséget legfeljebb 25 C-ra, 0,1 mp-es tartózkodási időnél a hőmérsékletkülönbséget 11 ’C-ra választjuk meg, míg ezen tartózkodási időtartamok között a lehűtési hőmérséklet és a harmatpont közötti hőmérsékletkülönbséget lineáris interpolálással határozzuk meg. A füstgázoknak a harmatpontot a meghatározott hőmérsékletkülönbséggel meghaladó hőmérsékletre történő lehűtését előnyösen a füstgázok hidegebb felületekkel való érintkeztetésével végezzük, és adott esetben a füstgázok harmatpontját víz vagy gőz adalékolásával megemeljük. a tüzelőanyagok égetését és az égési hamu vagy a hozzá adagolt abszorbensek részecskéinek ezáltal történő felhevítését előnyösen egy kazán hőhasznosító terét, például sugárzó terét fűtő égőben végezhetjük. Lehűtés céljából a füstgázokat a kazán lángcsövén és adott esetben ez után kapcsolt csőszakaszain vezethetjük keresztül. Előnyös megoldás szerint a kazánhoz vagy más tüzelőberendezéshez egy hűtőt is csatlakoz2

HU 212 098 B tatunk, és a füstgázoknak a meghatározott hőmérsékletkülönbséggel a harmatpontot meghaladó hőmérsékletre történő lehűtését ezen hűtőben végezzük, miközben a hűtő hőfelvevő felületeinek füstgázoldali hőmérsékletét célszerűen mindig az átáramló füstgáz harmatpontja feletti értékeken tartjuk.

A találmány szerinti eljárás végrehajtására különösen alkalmas találmány szerinti berendezésekben az alkalmazott égőnek egy divergens - széttartó - hosszmetszeti szelvényű égőtokja és egy ehhez csatlakozó konvergens - összetartó - hosszmetszeti szelvényű lánggyorsító fúvókája van, ahol egy 3,9 MW fűtési teljesítményre méretezett berendezés égőjének jellemző szerkezeti méretei D1=0 338 mm, D2 = 0 700 mm, D3 = 0 350 mm, L1 = 197 mm és L2 = 1470 mm értékekre vannak megválasztva, és az égő Dl átmérőjű tartománya előtt az égési levegőt a kerületirányhoz viszonyítva 6” és 12’ - előnyösen 8’ és 10’ - közötti spirálszögben bevezető, előnyösen logaritmikus spirál szerint kialakított spirálirányú terelőlapátok vannak elrendezve. Az égőhöz egy 3,9 MW tüzelőteljesítményű berendezés esetében előnyösen egy 5D = 01400 mm és L5 = 3850 mm értékekre megválasztott jellemző szerkezeti méretekkel kialakított forgástestalakú, vagy ezzel egyenértékű hidraulikus átmérőjű négyszögszelvényű lángcső lehet csatlakoztatva. Az említett 3,9 MW-tól eltérő tüzelőteljesítményű - fűtőteljesítményű - berendezések adott jellemző szerkezeti méretei a terelőlapátok szögének megtartásával és célszerűen a futóteljesítmények viszonyából vont gyökkel átszámított értékek szerint lehetnek megválasztva. A lángcső homlokoldalán az égő becsatlakozás alatt tartományban legalább egy fúvókanyílás van célszerűen kialakítva, amelynek keresztmetszete az égési levegő mennyisége 15%-ának a lángcsőbe behívását megengedő méretre van megválasztva. A lángcső homlokfalán az égő becsatlakozás alatt az esetleges lerakódásokat eltávolító gőz vagy nyomólevegő áram folyamatos vagy lökésszerű befúvásra alkalmas nyílások is lehetnek. A füstgáz a lángcsőből előnyösen annak az égővel átellenes végénél van kivezetve, és a lángcsőből a füstgáz egy utánkapcsolt első csőszakasz - csőhuzam csöveinek a lángcső alsó tartományából kicsatlakozó bevezetéseiben lehet kiléptetve. Előnyösnek bizonyultak az olyan konstrukciós megoldások is, amelyeknél az első csőszakasz - csőhuzam - csöveihez rendre az égési levegő mennyisége 15%-ának az első csőszakasz csöveibe behívását megengedő méretre megválasztott keresztmetszetű fúvókák vannak hozzárendelve.

3,9 MW-tól eltérő fűtőteljesítményű berendezésekben a csőszakaszokban tartalmazott csövek csőkeresztmetszeteinek összege az egyes csövek hosszúságának a csövek belső keresztmetszetéhez viszonyított arányának változatlan értéken tartása mellett a berendezés mindenkori fűtőteljesítményével arányos értékre van célszerűen megválasztva.

A találmány szerinti eljárást alapvetően minden olyan manapság ismert berendezéssel meg lehet valósítani, amely eleget tesz az eljárási feltételeknek. Példaként a továbbiakban bemutatunk és ismertetünk egy olyan berendezést, amely különösen előnyösen kielégíti a találmány szerinti eljárás feltételeit. Az ismertetéshez a csatolt rajzok szolgálnak, amelyeknél az

1. ábra az eljárás folyamatábráját mutatja, a

2. ábrán egy a példaképpeni találmány szerinti berendezéshez kialakított égőt vázlatos hosszmetszetben mutattuk be, míg a

3. ábrán egy a találmány szerinti eljáráshoz végrehajtásához különösen alkalmas kazán látható, szintén hosszmetszetben.

nyíllal jelöljük az égési levegőt, amelyet és a szállítólevegővel továbbított, a rajz 1. ábrája 2 nyíllal jelölt szénport ismert módon egy 3 égőbe vezetünk be. A 3 égővel egy 4 kazánt fűtünk. Célszerű, ha a 4 kazánhoz egy 5 leválasztóciklont kapcsolunk a túlméretes szemcsék leválasztása céljából. Ezt követi egy 6 hűtő, amely el van látva egy hűtőközeg számára szolgáló be- és kilépőkkel. A találmány értelmében a hűtőközeg áram hőmérsékletét önmagában ismert módon úgy állítjuk, be hogy a hőcserélő hőátadó felületeinek füstgázoldali felszíne a harmatpont és egy olyan ezt meghaladó hőmérséklet közötti hőmérsékletű legyen, amely hőmérséklet alatt az SO₂ abszorbeálódik. A 6 hűtőt leginkább csöves hűtőként alakíthatjuk ki, amelyben a füstgázok kívülről vízzel a kívánt hőmérsékleten tartott csöveken áramlanak át. A 6 hűtő után önmagában ismert módon egy 7 finomportalanító van beiktatva, amely például egy szövetszűrő lehet. A portalanított füstgázok a 7 finomportalanítót egy 8 füstgázvezetéken keresztül hagyják el. A leválasztott hamumennyiség 9a és 9b kihordókészüléken át hagyja el a berendezést.

A 6 hűtő füstgázoldali csőtérfogata, egy 10 összekötővezeték a 6 hűtő és a 7 finomportalanító között, valamint ezen utóbbi poros gáz oldali térfogata meghatározzák a füstgáznak a hamu legalább legfinomabb részével együttes tartózkodási idejét abban a hőméréskelettartományban, ahol az SO₂ abszorpciója végbemegy. A tartózkodási időt ismert módon a füstgáz áramlási térfogata és maga a térfogat határozza meg.

A technika ismert állásának az felel meg, ha valamennyi a füstgáz és a hamu által érintett felület a füstgáz harmatpontja feletti hőmérsékleten van tartva.

Az 5 porleválasztó ciklon jelenléte nem közvetlenül lényeges az eljárás megvalósítása szempontjából. Alkalmazása azonban mégis célszerű lehet azért, hogy a szénpor nagyszemcséjű frakciójának esetleg még égő fölös mennyiségét a gázáramból leválaszthassuk. A leválasztó teljesítményét azonban a porleválasztó ciklonokra vonatkozó ismert szabályok szerint úgy kell korlátozni, hogy a kilépés helyén elegendő mennyiségű legfinomabb hamu legyen jelen. A legfinomabb hamu elegendő mennyiségét úgy lehet meghatározni, hogy ezen mennyiség alá csökkenés esetén, az SO₂ abszorpciója nem lesz már teljes az összes eljárási követelmény egyidejű betartása mellett sem.

Az eljárás szempontjából igen lényeges a szénpor részecskén kellően nagy felmelegedési sebessége elégetésük előtt és alatt. Az idevágó tüzeléstechnikai tankönyvek megadják a kívánt felmelegítési sebesség ill. a tartózkodási idők elérésének szabályait. A tan3

HU 212 098 Β könyvekben azonban legtöbbször nem a tartózkodási időről, hanem a tűztérterhelésről van szó. Ez ismert módon fordítottan arányos a tartózkodási idővel. Különösen alkalmasak a nagy teljesítményű égők és a hozzájuk tartozó égőterek kombinációi, melyeket gyakran égőkamráknak (combustor) hívnak, amennyiben ezek a szerkezeti egységek a szénportüzelés gyakorlati követelményeinek megfelelnek. Előnyösen ez a helyzet a 2. ábránkon bemutatott 3 égő esetében. Ebbe az 1 nyíllal jelzett helyen az égési levegőt, míg a 2 nyíllal jelzett helyen a szállítólevegő által magával vitt szénpont vezetjük be önmagában ismert módon. Az égési levegő áramlását egy 12 kamrában egyenletessé tesszük, majd sugárirányú rácsos 13 terelőlapátokkal perdületet adunk neki. Ebben az állapotában lép be az égési levegő a 3 égő széttartó - divergáló - 17 égőtokjába, amely egy vízhűtéses 18 részbe megy át. Ehhez csatlakozik egy 19 lánggyorsító fúvóka. A 17 égőtokba egy 20 szénporlándzsa van bevezetve, amelynek végén 21 visszatérítő sapka van.

Egy 3,9 MW tüzelőteljesítményű berendezés kialakításához a találmány értelmében a 2. ábra alapján azonosítható alábbi jellemző szerkezeti méreteket alkalmazzuk:

Dl = 0 338 mm,

D2 = 0 700 mm,

D3 = 0 350 mm,

L1 = 197 mm

L2 = 1470 mm és

L3 = 850 mm.

A 13 terelőlapátok logaritmikus spirál szerint vannak kialakítva, a kerületi irányhoz viszonyított spirálszög 6° és 12” között, előnyösen 8-°10” közötti. Ezen méretválasztásnál a 17 égőtokban a 2. ábrán látható áramlási kép áll elő, ahol csak az áthaladó komponenseket tüntettük fel. Ezeket egy kerületi komponens úgy veszi körül, hogy a külső kerületen a palástalkotóhoz viszonyítva kb. 45°-os áramlási szög adódik. A méretek fenti megválasztásánál az eredmények egyrészt a lángstabilitás, másfelől az emissziók tekintetében szembetűnőek. A lángstabilitás szempontjából lényeges, hogy falközeli átáramlás alakul ki a Dl átmérőtől a D2 átmérő felé. Itt az átáramlási mennyiségnek kb. a fele befelé visszafordul sugárirányban, végighalad a 20 szénporlándzsa hossza mentén, át a Dl átmérőjű keresztmetszeten, vissza egészen a 13 terelőlapátok környezetéig. Itt ezen áramlás ismét sugárirányban kifelé fordul, és a friss levegőáramlással együtt a D2 átmérő felé halad. Az áramlás és a visszaáramlás között egy igen intenzív turbulenciájú zóna alakul ki, amelyben a láng stabilizálódik. A szénport a 2 nyíllal jelölt helyen célszerűen állandó szállítólevegő mennyiséggel vezetjük be, és a 21 visszatérítősapka segítségével a visszaáramlásba fújjuk be. A körülvevő láng sugárzásának hatására elgőzölögnek a szénpor illékony komponensei, és az égési levegővel egy gáznemű lángot alkotnak, amely a maradék szénporral együtt 22 lángsugárban ég ki. A 22 lángsugár az adott körülmények között kb. 100 m/mp sebességet ér el, ami lényeges a mögéje kapcsolt tüzelőtér tisztántartásához.

Az emissziók tekintetében a megadott méretek és üzemelési adatok jelentősen a TA-levegő határértékei alatti füstgázemissziót eredményeznek.

A 3. ábrán egy a találmány szerinti eljáráshoz különösen alkalmas kazán látható, amely a jelen esetben melegvízkazánként van kialakítva.

Egy 30 kazántest D4 átmérővel és L4 hosszúsággal rendelkezik, és egy D5 átmérőjű 31 lángcsövet tartalmaz. Van egy 32 bevezetése és a visszavezetett hideg víz számára, valamint egy-egy 33 ill. 34 kivezetése a felmelegített tápvíz részére. Ilyen módon a 2. ábrán bemutatott 3 égő 17 égőtokjának vízhűtése biztosítva van. A 3 égő a 31 lángcső homlokoldalának felső tartományában van elrendezve, és a lángsugarat ferdén lefelé fújja a lángcső másik végére, ahol az alsó tartományban egy első 37 csőszakasz csöveibe nyíló 36 bevezetések vannak elrendezve.

A 3 égő alatt legalább egy 35 fúvóka van elhelyezve, amelyen át a áthaladó égési levegő kb. 15%-a befújható a lángcsőbe azért, hogy az elégést segítse, valamint hogy a képződő hamulerakódást elfújja. A 35 fúvókákat kombinálhatjuk sűrített levegőt vagy gőzt folytonos vagy szakaszos, adott esetben lüktető üzemben befúvó szerkezeti egységgel ill. nyílásokkal is abban az esetben, ha a szénporban levő szennyeződések a lángcsőben lerakódáshoz vezetnek.

Az előírt intézkedésekkel sikerült a lángcsövet szinte teljesen tisztán tartani, ami a találmány szerinti eljárás szempontjából nagy előnyt jelent, mivel ezen módon ellenőrizhető hőmérsékleti viszonyok fognak uralkodni. A lángcsőben történő hamu- vagy salaklerakódás akadályozná a hőhatást és hőmérsékleteket megváltoztatná.

Mivel a szénpor elégetése egészen az első 37 csőszakaszig folytatódik előnyös, ha ezen csőszakasz minden egyes csövét 38 fúvókákkal látjuk el, amelyeken keresztül a 37 csőszakasz csöveibe a 39 nyíllal jelölt járulékos levegőt - amely az égési levegő mennyiségének 15%-áig teijedhet - lehet behívatni. Ezek a levegősugarak gondoskodnak az első 37 csőszakasz belépési tartományának tisztántartásáról.

Az adott, kb. 3,5 MW kazánteljesítményhez, ami

3,9 MW tüzelési teljesítménynek felel meg, a találmány szerinti eljárás értelmében előnyös, ha az első 37 csőszakaszhoz összesen huszonöt csövet alkalmazunk, egyenként 88,9x5 mm átmérő mérettel. Ez elegendő sebességeket biztosít ahhoz, hogy a teljesítmény csökkentésekor is megakadályozható legyen az első 37 csőszakasz csöveiben a hamulerakődás. Másrészről a sebességek még nem olyan nagyok, hogy a kazán felső terhelési szakaszában a csövekben levő gázmennyiségnek a 31 lángcsőben levő gáztérfogat rugalmasságával való együttműködéséből adódó dinamikus effektusok beállhatnának. Ha az első 37 csőszakasz csöveiben a füstgázok szállítási, továbbítási sebessége a kielégítő érték alá csökken, akkor a csövekben hamulerakódások képződnek, amelyek vándorló homokdűneszerűen végighaladnak a csövekben, és a csőágakhoz való elérkezéskor nyomáslökéshez vezetnek, ami által nehezebbé válik az égési levegőmennyiség pontos beállítása.

HU 212 098 B

Az első 37 csőszakasz csöveinek fenti méretezése következtében a füstgázok csak korlátozott lehűlése következik be kb. 500 ’C-ra miáltal az ezen csőszakaszban még folyamatban levő égési reakciók befejeződéséhez elegendő idő és hőmérsékletszint biztosított. Az ebből adódó hamutulajdonságok a találmány szerinti eljárás számára előnyösek.

Egy elülső 40 visszaterelőkamrában a kb. 500 ’C-ra lehűtött füstgázok egy 41 második csőszakasz csöveihez vezetődnek, amelyekben azok a kazánterheléstől és a kazán alsó részében levő vízhőmérséklettől függően 110-150 ’C hőfokig hűlnek le.

Tekintettel az előírt követelményekre, azaz egyrészt a hamutovábbításra, másrészt a dinamikus effektusok kiküszöbölésére, a találmány szerinti eljárás végrehajtásához előnyösnek bizonyult a második 41 csőszakaszban kettőszáznyolcvanas cső alkalmazása egyenként 30x5 mm átmérő mérettel.

A második 41 csőszakasz csöveiből kilépő lehűtött füstgázokat egy 42 füstgázcsőbe vezetjük be. Ez előnyösen a 4 kazán tengelyére keresztirányban helyezkedik el, füstgázokat tangenciálisan vezetjük oda. Ezen a módon elérjük, hogy a 42 füstgázcső teljes hossza mentén sehol sem jön létre áramlási holttér, ami a hamu lerakódásához vezetne.

A 3. ábra a teljes öntisztító, és az üzemelés során önmagát teljesen tisztán tartja berendezést mutatja be a 3 égővel, a 31 lángcsővel, az egyes 37 és 41 csőszakaszokkal és a 42 füstgázcsővel együttesen. A berendezés öntisztító, magát tisztán tartó tulajdonsága a találmány szerinti eljárás szempontjából nagy előnyt jelent, mivel ilyen módon a teljes hamumennyiség a füstgázban marad, és reprodukálható állapotok biztosíthatók.

A 3. ábrán bemutatott berendezés ugyanakkor teljesítménnyel és gyakorlatilag azonos hatásfokkal használható már poralakú tüzelőanyagok, így pl. kőszén, fűrészpor stb. elégetéséhez, valamint folyékony és gázalakú tüzelőanyagok eltüzeléséhez is.

A találmány szerinti eljárás alkalmazása például folyékony tüzelőanyagok füstgázainak kéntelenítéséhez önmagában ismert módon megkívánja abszorbenseknek az égőtokba való befúvatást. Az adszorbens például mészkőliszt lehet, és annak mennyisége és előkészítése a technika ismert, megfelelő szabályai szerint történhet.

A 3. ábrán bemutatott berendezés, de különösen a 17 égőtok és a 31 lángcső figyelemre méltó tulajdonsága, hogy bennük az áramlási viszonyok a Reynoldsszámtól első közelítésben függetlenek. Ez azt jelenti, hogy más tüzelési teljesítmények átszámításakor a 17 égőtok és a 31 lángcső méreteit a teljesítmény viszony gyökével kell átszámolni. Emellett figyelembe kell venni, hogy a 2. ábra szerinti égőrendszeméi nincs felső teljesítményhatár; ezt inkább a mindenkori tüzelőanyag feltárása és reakciókészsége határozza meg. Emelkedő teljesítménnyel ezért önmagában ismert módon nagyobb égési sebességeket kell választani, miáltal a nagyobb teljesítményre történő átszámításnál a berendezés valamivel kisebb lesz, mint amekkora a technikai állása szerint a teljesítményviszonyok gyökével történő átszámítási szabály szerint adódna.

Az első 37 csőszakasz és a második 41 csőszakasz olyan Reynolds-szám tartományban dolgozik, amelyben a hőmérsékletcsökkenés lényegileg csak a csövek mindenkori hosszának és belső átmérőjének egymáshoz való viszonyától függ. Ha más teljesítményekre való átszámításkor változatlan fiistgázhőmérsékletet kívánunk elérni a kazánból való kilépésnél, akkor önmagában ismert módon a csőkeresztmetszetek összegét kell a teljesítményviszonynak megfelelően átszámolni, ahol a csőhossz és a belső átmérő egymáshoz való viszonya állandó marad. Ezzel a csövek mérete és esése az egyes csőszakaszokban az áramlástechnika szabályai alapján egyértelműen meg van határozva. További méretezési adatok megadására ezért itt nincs szükség.

Ha a 3. ábrán látható berendezés egyúttal a TA-levegő más határértékeinek - különös tekintettel az NO_X és CO-ra - is eleget kell tegyen, akkor előnyös, ha a 31 lángcső D5 átmérőjét 0 1400 mm, míg L5 hosszát 3850 mm értékűre választjuk meg. Ebből a 30 kazán D4 átmérője 0 2600 mm, míg L4 hosszúságára 4100 mm adódik.

A találmány szerinti eljárással a fentiekben ismertetett berendezésben példaképpen rajnai baranaszénpor elégetéséből származó füstgázokat kénmentesítettük az alábbiak szerint.

A rajnai szénpor mint tüzelőanyag az irodalomból jól ismert. Hamuja legtöbbször 30-50% Ca- és Mg-vegyületeket tartalmaz, amelyek elégetéskor CaO-dá és MgO-dá kalcinálódnak és SO₂-t és SO₃-at kötnek meg. Ismeretes, hogy ezáltal már 20-50%-os kénmentesítési fokot érthetünk el. Ezzel összehasonlítható barnaszénfajták ismeretesek például Szászországból, Magyarországról és néhány Európán kívüli országból is. Ezen szénfajtáknál a találmány szerinti eljárás különösen könnyen foganatosítható.

A rajnai barnaszénport úgy égetjük el, hogy felmelegítési sebessége meghaladja a 3000 ’C/mp kritikus értéket és így érje el a legalább 900 ’C-ot, előnyösen azonban a 1200 ’C-ot. Ezáltal az elégéskor keletkező hamurészecskék valamennyi komponense erős felületi aktivizálást kap, ami a felhevítési sebességtől függően 10 mp-ig fennmarad, azután lassan elmúlik, „lecseng”. A felületi aktivitás annál nagyobb, minél nagyobb a felhevítési sebesség. A legkedvezőbb értékeket 5000 ’C/mp felhevítési sebesség mellett éljük el. Az SO₂ számára a legnagyobb felvevőképességet a hamuszemecskék akkor mutatják, ha hőmérsékletük meghaladja a 1200 ’C-ot, azonban még nem hevültek fel annyira, hogy a Fe₂O₃ vagy a hamu szennyezői megolvadjanak, amit a hamurészecskék mikroszkópos megfigyelésével könnyen felismerhetünk.

Az égéstermék füstgázokat ezután egy kazánban, önmagában ismert módon lehűtjük. Normális módon ennek során - figyelemmel a portalanítóra, tápvízhőmérsékletre és a kéményre, mintegy 130-150 ’C hőmérsékletig mennek le.

A találmány értelmében a füstgázokat azonban tovább hűtjük egy az eljáráshoz meghatározandó hőmérsékletkülönbségig az égéstermék füstgáz vízharmatpontjához képest. Ezen hőmérsékletkülönbségig az

HU 212 098 Β égéstermék füstgáz vízharmatpontjához képest. Ezen hőmérsékletkülönbség attól függ, milyen hosszan tartózkodtak a füstgázok és a bennük levő szállóhamupor kevesebb mint 25 C-al a harmatpont feletti hőfokon. Ha ez a tartózkodási idő az említett hőmérséklettartományban 0,8-1,0 mp volt, akkor a füstgázokat kevesebb mint 25 ’C-al a harmatpont feletti hőmérsékletre kell lehűteni. Az említett hőmérséklettartományban való rövidebb tartózkodási idővel csökken az a szükséges távolság a harmatponttól, amire a füstgázt le kell hűteni. Ha a tartózkodási idő ebben a hőfoktartományban 0,05-0,1 mp, akkor a füstgázt 11 ’C-kal a harmatpont fölé kell lehűteni, míg a közbenső értékeket lineáris interpolálással határozzuk meg.

Ha a harmatponttól 35-40 °C-al magasabb hőmérsékletet lefelé átlépjük, azaz alája megyünk, akkor megindul az SO₂ gyors lekötése. Az esetleg jelenlevő SO₃ már abszorbeálódott, és többé nem játszik szerepet. Ha a harmatponttól való 10-25 ‘C-nyi hőmérsékletkülönbség alá megyünk, akkor - a megadott hőmérséklettartományban való idézés szerint - az SO₂ mennyiségileg lekötődik. Ezáltal teljes kénmentesítést értünk el.

A kén lekötődésének kezdődését már az égési hamu színéről vizuális megfigyeléssel fel lehet ismerni. Ez a rajnai bamaszénpornál rendszerint sárgától az okkerig változik, egészen a barna színárnyalatba való átváltozásig. A kénlekötődés kezdetével a hamu zöld lesz. Ha egy ilymódon üzemeltetett kazánt vagy a kazán után csatlakoztatott füstgázhűtőt vizsgálunk, legtöbbnyire könnyű, vékony lerakódást találunk valamennyi felületen. Ameddig ez még sárgás, okkerszínű, vagy barnás, addig nem ment végbe említésre méltó, az előzőekben említett primer lekötődésen túlmenő SO₂-lekötődés. Az SO₂-lekötődés kezdetét a zöld hamu alsó megjelenéséből ismerjük fel.

Emellett az SO₂ egy része kémiailag is lekötődik, a hamu zöldre színeződése vasvegyületre utal. Ha azonban az ilyen hamut néhány órán át zárt tartályban tároljuk, majd azt felnyitjuk, akkor az SO₂ miatt könnyű, tipikusan szúrós szab érzékelhető. Itt nyilvánvalóan járulékosan még egy tisztán fizikai felületi abszorció is lezajlik, ami alkalmasint az idővel kissé „lecseng”. A hamunak 250-300 'C-ra való melegítésénél a hamunak környezeti levegővel való exoterm hóleadó - reakciója megy végbe O₂-fogyasztás közben, és a hamu újból felveszi eredeti ismert sárgásokker-bamás színét. Itt is megállapítható egy enyhe SO₂-szag. A tartózkodási idő befolyása arra utal, hogy az SO₂ lekötésénél a finom hamurészecskék különösen hatásosak. Minél hosszabb a tartózkodási idő, annál nagyobb mértékben tudnak a nagyobb hamurészecskék is reagálni.

A találmány szerinti eljárást más, olyan SO₂-tartalmú égéstermék füstgázoknál is lehet alkalmazni, amelyek nem tartalmaznak a rajnai bamaszénpor komponenseivel összehasonlítható szilárd részeket. Ezekhez olyan finomszemcséjű szilárd anyagokat kell az égésnél hozzáadni, amelyeknél a felületi aktivitás találmány szerinti feltételei kielégítően teljesülnek.

Claims (19)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás szénpor és egyéb hamutartalmú tüzelőanyagok elégetésénél az SO₂- és szállóhamu-tartalmú füstgázok teljes száraz kénmentesítésére, azzal jellemezve, hogy a hamutartalmú szénport és az egyéb tüzelőanyagokat nagyobb mint 3000 ’C/mp, előnyösen nagyobb mint 5000 ’C/mp hevítési sebességgel elégetve a szállóhamut 900 ’C fölötti, előnyösen 1200 ’C fölötti, de a lángban való tartózkodási időn belül hamuszinterelődést kiváltó hőmérséklet alatti hőmérsékletre történő felhevítéssel aktiváljuk, majd a füstgázokat egy azoknak a lehűtéstől a hamu fínompor részecskéinek elkülönítéséig eltérő tartózkodási időtől függő hőmérsékletkülönbséggel a harmatpontot meghaladó hőmérsékletre hűtjük le úgy, hogy 0,8 mp-es tartózkodási időnél a hőmérsékletkülönbséget legfeljebb 25 ’C-ra, 0,1 mp-es tartózkodás időnél a hőmérsékletkülönbséget legfeljebb 11 ’C-ra választjuk meg, így ezen tartózkodási időtartamok között a lehűtési hőmérséklet és a harmatpont közötti hőmérsékletkülönbséget lineáris interpolálással határozzuk meg.
2. 2. Eljárás hamut nem vagy csak nem kielégítő mennyiségben tartalmazó tüzelőanyagok elégetésekor keletkező SO₂-tartalmú füstgázok teljes száraz kénmentesítésére, azzal jellemezve, hogy a lángba finomra őrölt alkalmas abszorbenseket - például mészkőlisztet - juttatunk be, majd a tüzelőanyag nagyobb mint 3000 ’C/mp, előnyösen nagyobb mint 5000 ’C/mp hevítési sebességű elégetésével a bejuttatott abszorbenseket 900 ’C fölött, előnyösen 1200 ‘C fölötti, de a lángban való tartózkodási idő belül az abszorbensek ill. a hamu szinterelődését kiváltó hőmérséklet alatti hőmérsékletre történő felhevítéssel aktiváljuk, majd a füstgázokat egy azoknak a lehűtéstől a tartalmazott finompor részecskék elkülönítéséig eltelő tartózkodási időtől függő hőmérsékletkülönbséggel a harmatpontot meghaladó hőmérsékletre hűtjük le úgy, hogy 0,8 mp-es tartózkodási időnél ezen hőmérsékletkülönbséget legfeljebb 25 ’C-ra, 0,1 mp-es tartózkodási időnél a hőmérsékletkülönbséget legfeljebb 11 ’C-ra választjuk meg, míg ezen tartózkodási időtartamok között a lehűtési hőmérséklet és a harmatpont közötti hőmérsékletkülönbséget lineáris interpolálással határozzuk meg.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a füstgázoknak a harmatpontot a meghatározott hőmérsékletkülönbséggel meghaladó hőmérsékletre történő lehűtését a füstgázok hidegebb felületekkel való érintkeztetésével végezzük.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a füstgázok harmatpontját víz vagy vízgőz adalékolásával emeljük.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tüzelőanyagok égetését és az égési hamu vagy a hozzá adagolt abszorbensek részecskéinek ezáltal történő felhevítését egy kazán (4) hőhasznosító terét, például sugárzó terét fűtó égőben (3) végezzük.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a füstgázok lehűtését azokat egy kazán (4)

   HU 212 098 Β lángcsövén (31) és utánkapcsolt csőszakaszain (37, 41) vezetjük keresztül.
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kazánhoz (4) vagy más tüzelőberendezéshez egy hűtőt (6) is csatlakoztatunk, és a füstgázoknak a meghatározott hőmérsékletkülönbséggel a harmatpontot meghaladó hőmérsékletre történő lehűtését ezen hűtőben (6) végezzük.
8. 8. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hűtő (6) hőfelvevő felületeinek fíistgázoldali hőmérsékletét az átáramló füstgáz harmatpontja feletti értékeken tartjuk.
9. 9. Berendezés szénpor és egyéb hamutartalmú tüzelőanyagok elégetésénél keletkező füstgázok teljes száraz kénmentesítésére, különösen az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosításához, amely egy adott esetben egy egyenként több párhuzamosan kapcsolt csőből álló első csőszakaszt és második csőszakaszt is tartalmazó kazán forgástest alakú, vagy ezzel egyenértékű hidraulikus átmérőjű négyszögszelvényű lángcsövére dolgozó égőt tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az égőnek (3) egy divergens - széttartó hosszmetszeti szelvényű égőtokja (17) és egy ehhez csatlakozó konvergens - összetartó - hosszmetszeti szelvényű lánggyorsító fúvőkája (19) van, ahol egy

   3,9 MW fűtési teljesítményre méretezett berendezés égőjének (3) jellemző szerkezeti méretei (2. ábra)

   Dl = 0 338 mm,

   D2 = 0 700 mm,

   D3 = 0 350 mm,

   L1 = 197 mm és

   L2 = 1470 mm, értékre vannak megválasztva, és az égő (3) Dl átmérőjű tartománya előtt az égési levegőt a kerületirányhoz viszonyítva 6° és 12° - előnyösen 8° és 10° - közötti spirálszögben bevezető, előnyösen logaritmikus spirál szerint kialakított spirálirányú terelőlapátok (13) vannak elrendezve.
10. 10. A 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az égőhöz (3) 3,9 MW tüzelőteljesítményű berendezés esetében egy

    D = 0 1400 mm, és

    L5 = 0 3850 mm értékre megválasztott jellemző szerkezeti méretekkel (3. ábra) kialakított forgástestalakú, vagy ezzel egyenértékű hidraulikus átmérőjű négyszögszelvényű lángcső (31) van csatlakoztatva.
11. 11. A 9. vagy 10. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy 3,9 MW-tól eltérő tüzelőteljesítményű - fűtőteljesítményű - berendezések adott jellemző szerkezeti méretei a terelőlapátok (13) szögének megtartásával a fűtőteljesítmények viszonyából vont gyökkel átszámított értékek szerint vannak megválasztva.
12. 12. A 9-11. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lángcső (31) homlokoldalán az égő (3) becsatlakozás alatti tartományban legalább egy fúvókanyílás (35) van kialakítva, amelynek keresztmetszete az égési levegő mennyisége 15%-ának a lángcsőbe (31) befúvását megengedő méretre van megválasztva.
13. 13. A 9-12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lángcső (31) homlokfalán az égő (3) becsatlakozás alatt az esetleges lerakódásokat eltávolító gőz vagy nyomólevegő áram folyamatos vagy lökésszerű behívására alkalmas nyílások is vannak.
14. 14. A 9-13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a füstgáz a lángcsőből (31) annak az égővel (3) átellenes végénél van kivezetve.
15. 15. A 14. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lángcsőből (31) a füstgáz egy utánkapcsolt első csőszakasz (37) - csőhuzam - csöveinek a lángcső (31) alsó tartományából kicsatlakozó bevezetéseibe (36) van kiléptetve.
16. 16. A 9-15. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az első csőszakasz (37) csőhuzam - csöveihez rendre az égési levegő mennyisége 15%-ának az első csőszakasz (37) csöveibe befúvását megengedő méretre megválasztott keresztmetszetű fúvókák (38) vannak hozzárendelve.
17. 17. A 9-16. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy 3,9 MW fűtőteljesítménynél az első csőszakasz (37) - csőhuzam egyenként 88,5x5 mm méretű huszonöt darab csövet tartalmaz.
18. 18. A 9-17. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy van egy második csőszakasza (41) - csőhuzam - is, amely egyenként 30x5 mm méret kettőszáznyolcvannyolc csövet tartalmaz.
19. 19. Első és második csőszakasz kialakítás a 9-18. igénypontok bármelyike szerinti berendezésekhez, azzal jellemezve, hogy 3,9 MW-tól eltérő fűtőteljesítményű berendezésekben a csőszakaszokban (37, 41) tartalmazott csövek csőkeresztmetszeteinek összege az egyes csövek hosszúságának a csövek belső keresztmetszetéhez viszonyított arányát változatlan értéken tartása mellett a berendezés mindenkori fűtőteljesítményével arányos értékre van megválasztva.