KIVONAT
A találmány tárgya eljárás égetési szennygáz száraz kéntelenítésére. Az eljárás során az égéstérben keletkező és szálló hamuval, valamint gáz alakú káros anyagokkal szennyezett égetési szennygázt pormentesítik. A pormentesített égetési szennygázt vízzel 50-90 °C hőmérsékletre hűtik, CaO-ból és/vagy Ca(OH)2-ból álló abszorbeálószerrel keverik, és egy fluidizációs reaktorból (8), egy leválasztóból (7), valamint egy visszacsatoló vezetékből (17) álló, keringő örvényágyhoz vezetik. A leválasztóban (7) felhalmozódó szilárdanyag-részecskéket részben a fluidizációs reaktorba (8), részben az égéstér (3) területére vezetik, amelyben 850-1050 °C a hőmérséklet. Az eljárás értelmében szálló hamuval, gáz alakú káros anyagokkal és visszavezetett szilárdanyag-részecskékkel terhelt szennygázt egy villamos porleválasztóban (12) 100-180 °C-on 5-40 g/Nm3 szilárdanyag-tartalomig pormentesítik, és a gáz alakú káros anyagokkal terhelt abszorbeálószert a szálló hamuval együtt a villamos porleválasztó (12) kihordónyílásán eltávolítják az eljárási körfolyamatból.
1. ábra
HU 221 064 B1
A leírás terjedelme 6 oldal (ezen belül 1 lap ábra)
HU 221 064 Β1
A találmány tárgya eljárás égetési szennygáz száraz kéntelenítésére. Az eljárás során az égéstélben keletkező és szálló hamuval, valamint por alakú káros anyagokkal szennyezett égetési szennygázt pormentesítjük. A pormentesített égetési szennygázt vízzel 50-90 °C hőmérsékletre hűtjük, CaO-ból és/vagy Ca(OH)2-ből álló abszorbeálószerrel keverjük, és egy fluidizációs reaktorból, egy leválasztóból, valamint egy visszacsatoló vezetékből álló, keringő örvényágyhoz vezetjük. A leválasztóban felhalmozódó szilárdanyag-részecskéket részben a fluidizációs reaktorba, részben az égéstér területére vezetjük, amelyben 850-1050 °C a hőmérséklet. Az eljárást olyan szennygázok kéntelenítésére használjuk, amelyek szilárd és folyékony tüzelőanyagok, különösen szén és olaj elégetésekor, valamint hulladék és derítőiszap elégetésekor keletkeznek.
A DE-PS 41 04 180 számú német szabadalmi iratból ismert egy eljárás egy kazánberendezés szennygázainak száraz kéntelenítésére mésztartalmú szorbensek hozzáadásával. Az eljárás során durvára őrölt, 200 pm közepes szemcsenagyságú meszet (CaCO3) visznek a kazánberendezésbe, amelyben a szennygázok hőmérséklete 800-900 °C. A szennygázokat a hőtechnikai kihasználás után egy első elektrosztatikus porleválasztóban osztályozva pormentesítik, majd a durvaszemcsésen felhalmozódó részt 5-10 pm közepes szemcsenagyságra őrlik, a középdurva, valamint a finomszemcsésen felhalmozódó részt pedig elvezetik a rendszerből. Az 5-10 pm közepes szemcsenagyságúra őrölt részt vízzel és a szennygázokkal együtt egy fluidizációs reaktorból, leválasztóból és visszacsatoló vezetékből álló, keringő örvényágyhoz vezetik. Ezután a szennygázokat egy második elektrosztatikus porleválasztóban pormentesítik, és a környezetbe bocsátják. A keletkező CaSO3- és CaSO4-tartalmú maradékokat visszavezetik részben a fluidizációs reaktorba, részben a kazánberendezésbe. Ennél az ismert eljárásnál a pormentesítést az első, a kazán után kapcsolt elektrosztatikus porleválasztóban 90-160 °C-on hajtják végre, és a keringő örvényágyban a hőmérsékletet a vízhozzáadás megfelelő méretezésével állítják be.
Ismert továbbá, hogy a száraz kéntelenítési eljárásoknál az abszorbeálószer reakciója SO2-dal csak akkor megy végbe kielégítően, ha az abszorbeálószer a sztöchiometriai arányhoz képest feleslegben van. Viszonylag kis abszorbeálószer-feleslegre van szükség, ha a száraz kéntelenítéshez abszorbeálószerként CaO-ot vagy Ca(OH)2-ot alkalmaznak, és ha az abszorbeálószerek finom szemcsések, és ezáltal reaktívak. Természetesen különösen egy keringő örvényágyban - a CaO, illetve a Ca(OH)2 egy része elvész azáltal, hogy kalcium-karbonát képződik. Ez a mellékreakció hátrányosan befolyásolja a kéntelenítési reakció sztöchiometriáját, úgyhogy a CaO és/vagy a Ca(OH)2 abszorbeálószerből száraz kéntelenítésnél további, említésre méltó felesleget kell hozzáadni; a SO2: Ca arány (a kiváló SO2-ra vonatkoztatva) gyakorlatilag 1:1,3 felett van. Ehhez még hozzájön, hogy a száraz kéntelenítési eljárásoknál áramlások lépnek fel azáltal, hogy a szennygázban lévő HCl-nak az abszorbeálószerrel lejátszódó reakciójában higroszkópos CaCl2 keletkezik, ami hátrányos rásüléseket és leragadásokat okoz a szennygáztisztító berendezésben.
Találmányunk célja eljárás szennygáz száraz kéntelenítésére, amely megbízhatóan működik (1: l,2)-nél kisebb (a kiváló SO2-ra vonatkoztatott) SO2:Ca aránnyal is, és amelyben az abszorbeálószer messzemenően hozzáférhető a kéntelenítési reakció számára, továbbá nincsenek rásülések és leragadások a szennygáztisztító berendezésben, különösen a keringő örvényágyban. Az eljárás során keletkező szilárd termék a lehető legkevesebb mennyiségű CaSO3-at és CaCO3-at, valamint elegendő CaO-részt és vízmentes CaSO4-et tartalmaz.
Ezt a feladatot a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy a bevezetőben ismertetett eljárás során a szálló hamuval, gáz alakú káros anyagokkal és visszavezetett szilárdanyag-részecskékkel terhelt szennygázt egy villamos porleválasztóban (elektrofilter) 100-180 °Con 5-40 g/Nm3 szilárdanyag-tartalomig pormentesítjük, és a gáz alakú káros anyagokkal terhelt abszorbeálószert a szálló hamuval együtt a villamos porleválasztó kihordónyílásán eltávolítjuk az eljárási körfolyamatból.
Azáltal, hogy a villamos porleválasztót viszonylag kis pormentesítő-teljesítménnyel hajtjuk, a keringő örvényágyba viszonylag nagy szilárdanyag-rész kerül, amely előnyös módon CaO-ot, illetve Ca(OH)2-ot tartalmaz. Az abszorbeálószemek ezt a részét tehát újból a kéntelenítési reakcióhoz vezetjük, míg a villamos porleválasztóban csak kevés szilárdanyag-részt választunk el, és vezetünk el az eljárási körfolyamatból, mint szilárd eljárási terméket. A szilárdanyag-rész túlnyomórészt vízmentes CaSO4-ből, szálló hamuból és CaO-ból áll. A találmány szerinti eljárással eléljük, hogy (1: l,2)-nél kisebb (a kiváló SO2-ra vonatkoztatott) SO2:Ca arányt lehessen alkalmazni, miközben a tiszta gázban a SO2tartalom még 50 mg/Nm3-nél kisebb. A villamos porleválasztónak viszonylag kicsi a villamosenergia-igénye. A villamos porleválasztóból elvezetett termék víz hozzáadásával nagyon jól szilárdítható, és építőanyagnak alkalmas.
A találmány értelmében továbbá a villamos porleválasztót tehetetlenségi porleválasztóra cseréljük, amelyben a szálló hamuval, gáz alakú káros anyagokkal és visszavezetett szilárdanyag-részecskékkel terhelt szennygázt 100-700 °C-on 5-40 g/Nm3 szilárdanyagtartalomig pormentesítjük, és a gáz alakú káros anyagokkal terhelt abszorbeálószert a szálló hamuval együtt a tehetetlenségi porleválasztó kihordónyílásán eltávolítjuk az eljárási körfolyamatból. A tehetetlenségi porleválasztót előnyös módon egy ciklon vagy egy ütközéses porleválasztó képezheti. A tehetetlenségi porleválasztó az égéstéren kívül vagy az égéstémek abban a részében lehet elhelyezve, ahol a hőmérséklet 100-700 °C.
Azáltal, hogy a tehetetlenségi porleválasztót viszonylag kis pormentesítő-teljesítménnyel hajtjuk, a keringő örvényágyba viszonylag nagy szilárdanyag-rész kerül, amely előnyös módon CaO-ot, illetve Ca(OH)2ot tartalmaz. Az abszorbeálószemek ezt a részét tehát újból a kéntelenítési reakcióhoz vezetjük, míg a tehetetlenségi porleválasztóban csak kevés szilárdanyag-részt választunk le, és vezetünk el az eljárási körfolyamat2
HU 221 064 Β1 ból, mint szilárd eljárási terméket. A szilárdanyag-rész túlnyomórészt vízmentes CaSO4-ből, szálló hamuból és CaO-ból áll. A tehetetlenségi porleválasztó alkalmazásával is elérjük, hogy (1 :l,2)-nél kisebb (a kiváló SO2-ra vonatkoztatott) SO2:Ca arányt lehessen alkalmazni, miközben a tiszta gázban a SO2-tartalom még 50 mg/Nm3-nél kisebb. A tehetetlenségi porleválasztóból elvezetett termék víz hozzáadásával nagyon jól szilárdítható, és építőanyagnak alkalmas.
Mind a villamos porleválasztó, mind a tehetetlenségi porleválasztó használható tehát a szilárd eljárási termék kihordására, amely nem tartalmaz CaSO3-at, következésképpen már nem kell utánoxidálni, mert az eljárási termékben a kötött kén vízmentes CaSO4-ként van jelen.
Különösen előnyösnek bizonyult, ha az abszorbeálószer közepes részecskeátmérője d50=2-2O pm. Ezzel ugyanis elérjük, hogy a felhasználatlan abszorbeálószer nem válik ki a villamos porleválasztóban és a tehetetlenségi porleválasztóban, hanem újból a keringő örvényágyhoz vezetjük.
A találmány értelmében továbbá az abszorbeálószert a rostély alatt, a leválasztóból visszavezetett szilárdanyag-részecskéket a rostély alatt vagy felett és a vizet a rostély felett visszük be a fluidizációs reaktorba. Ezzel az eljáráskialakítással megbízhatóan elkerüljük a rásütések képződését, és a szilárdanyag-részecskék folyási képessége teljes mértékben megmarad.
Célszerűnek látszott, ha a CaO és/vagy Ca(OH)2 abszorbeálószert teljesen vagy részben CaCO3-ra cseréljük, amit az égéstémek abba a részébe viszünk be, ahol a hőmérséklet 850-1050 °C. Ezáltal különösen a szennygázok száraz kéntelenítésének költségei csökkenthetők, mivel a megnevezett hőmérsékleteken a CaCO3-ból CaO keletkezik. CaCO3 hozzáadásával a fluidizációs reaktor az olvadáspont felett, ahhoz nagyon közeli hőmérsékleten működtethető, mivel CaCO3 alkalmazásakor a SO2:Ca arány (a kiváló SO2-ra vonatkoztatva) maximum (1: l,5)-re növelhető, mert a CaCO3 ára lényegesen alacsonyabb, mint a CaO, illetve a Ca(OH)2 ára, és a károsanyag-abszorpcióra a Ca-felesleg kedvezően hat.
A találmány szerinti eljárás mind műszaki, mind gazdasági szempontból optimálisan működtethető, ha az abszorbeálószer 50-80%-át a CaCO3-ra cseréljük.
A találmány értelmében továbbá a keringő örvényágy leválasztójaként többmezős villamos porleválasztót alkalmazunk, és a villamos porleválasztó utolsó mezőjében kiváló szilárd anyagokat elvezetjük az eljárási körfolyamatból. Ezzel a megoldással elérjük, hogy az el nem égett szénrészecskék, amelyek az első villamos porleválasztóban nem váltak ki, és ezért a keringő örvényágyba kerülnek, eltávoznak a kéntelenített szennygázból.
A találmány értelmében egy másik változatban a keringő örvényágy leválasztójaként tömlőszűrőt alkalmazunk, ahol a szűrőlepény CaO- és/vagy Ca(OH)2-tartalma 2-5 tömeg%. Ezzel az alternatív eljáráskialakítással eléqük, hogy a szűrőlepénynek jó a tisztítási viselkedése, mert a szűrőlepényben a találmány szerinti CaOés/vagy Ca(OH)2-tartalom révén a szűrőlepény porrészecskéi előnyös módon agglomerizálódnak, úgyhogy a tömlőszűrő egyes tisztítási ciklusai között hosszabb időköz telik el.
A találmány szerinti eljárással nagy kéntelenítő teljesítmény tartható megbízhatóan, ha a fluidizációs reaktor 5-20 °C-kal a harmatpont felett működik, és ha a fluidizációs reaktorban a gázsebességet 3-10 m/s értékre, a szilárd anyagok közepes tartózkodási idejét 20-180 percre, valamint a közepes szilárdanyag-terhelést 1-10 kg/m3 értékre állítjuk be. Ilyen üzemeltetési körülmények között a szennygáz magas SO2-tartalma esetén is a tiszta gázban megbízhatóan tartható az 50 mg/Nm3nél kisebb SO2-tartalom. Ezenkívül megbízhatóan elkerüljük a rásütéseket és leragadásokat.
Végül a találmány értelmében a leválasztóban felhalmozódó szilárdanyag-részecskék 90-95%-át visszavezetjük a fluidizációs reaktorba, míg a többi szilárdanyagrészecske az égésiéibe kerül. Ezzel a megoldással elérjük, hogy az abszorbeálószemek a SO2-dal lejátszódó reakciója során keletkező CaSO3-ból oxidációval CaSO4 képződik az égéstérben. A CaCO3-ból ezenkívül újból CaO keletkezik, amely a kéntelenítési reakcióhoz használható.
Találmányunkat annak egy példaképpeni kiviteli alakja kapcsán ismertetjük részletesebben, ábránk segítségével, amelyen a találmány szerinti eljárás folyamatábrája látható.
Az 1 tartaléktartályból a finom szemcsés szenet a vezetéken behordjuk a 3 égéstérbe, ott levegővel elégetjük, amelyet a 4 vezetéken viszünk a 3 égéstérbe. A 3 égéstér kazánként van kialakítva. Az ábrán a hőnyeréshez szükséges hőcserélőket nem ábrázoltuk. A szén elégésekor keletkező salakot az 5 vezetéken hordjuk ki a 3 égéstérből. Az égetési hőmérséklet 1200-1300 °C, úgyhogy a salak - legalább részben - tűzfolyós alakban halmozódik fel. Mivel a kazánként kialakított égéstér felső részében is hőcserélő felületek vannak elhelyezve, ezért az ottani hőmérséklet alacsonyabb, mint az égetési hőmérséklet. A felső 22 kazántérbe való belépéskor a szennygáz hőmérséklete 850-1050 °C.
A szén elégésekor keletkező szennygáz fő alkotórészei CO2, H2O, N2 és O2. Mivel a szén elégetése levegőfelesleggel megy végbe, ezért a szennygázban CO csak nyomokban van jelen. A szennygáz különösen SO2-dal, HCl-dal és NOx-szel szennyezett. SO2 és HC1 a szénben tévő kén- és klórtartalmú vegyületekből képződnek az égés során. A nitrogén NOx-szel jelölt oxidjai az égés alatt a szénben tévő nitrogénvegyületekből és részben a levegőben tévő nitrogén oxidációjával keletkeznek. Az égetési szennygáz Nm3-enként körülbelül 700 mg SO2-ot, 80 mg HCl-ot és 150 mg NOx-et tartalmaz. Az utóbbit NO2-ként számítjuk. A szennygáz tartalmaz még körülbelül 20 mg SO3-ot. Az égetéskor az égetési szennygázba a salak egy részét porszerű szálló hamu alakjában szuszpendáljuk úgy, hogy a szennygáz a felső 22 kazántérben körülbelül 10 g/Nm3 por alakú szálló hamut tartalmaz. A szálló hamu finom részecskés, el nem égett szenet is tartalmaz.
A szilárd anyagnak azt az 5-10%-át, amely a villamos porleválasztóként kialakított 7 leválasztó első me3
HU 221 064 Β1 zőiben halmozódnak fel, a 6 vezetéken behordjuk a felső 22 kazántérbe, amely a 8 fluidizációs reaktor után van kapcsolva. A 6 vezetékben vezetett szilárd anyag szálló hamuból, továbbá CaSO3-ból, CaCO3-ból, kismennyiségű CaCl2-ből, valamint el nem használt CaOból és Ca(OH)2-ból áll. A felső 22 kazántérben a CaSO3 csaknem teljes mennyiségben CaSO4-gyé oxidálódik, a CaCO3 CO2-dá és CaO-dá bomlik, a CaCl2 részben elbomlik, és a Ca(OH)2 CaO-dá alakul. Ezenkívül a 9 vezetéken a 10 tartaléktartályból a 6 vezetékbe körülbelül 10 pm részecskenagyságú CaCO3 viszünk. Ez a CaCO3 is elbomlik a felső 22 kazántérben CaO képződése közben. A 6 vezetékben vezetett szilárd anyag összesen körülbelül 40 g/Nm3-re növeli a felső 22 kazántérben áramló égetési szennygáz szilárdanyag-tartalmát. A gáz alakú káros anyagokkal szennyezett, valamint szálló hamuval és visszavezetett szilárdanyagrészecskékkel terhelt égetési szennygáztól a felső 22 kazántérben lévő, de nem ábrázolt hőcserélő felületeken hőt vonunk el, miáltal a szennygáz 100-180 °C-ra hűl le. Az erre a hőmérsékletre lehűtött égetési szennygáz a 11 vezetéken a 12 villamos porleválasztóba kerül.
A 12 villamos porleválasztóban a por alakú szálló hamunak és a szilárdanyag-részecskéknek csak egy része válik ki, úgyhogy a 12 villamos porleválasztóból a vezetéken olyan szennygázáram áramlik ki, amelynek szilárdanyag-tartalma még 36 g/Nm3, ami 10%-os pormentesítő teljesítménynek felel meg. A 12 villamos porleválasztóból a gázárammal kihordott szilárd anyagban a CaO fel van dúsulva, míg a 12 villamos porleválasztóban kivált szilárdanyag-részecskék túlnyomórészt vízmentes CaSO4-ből és por alakú szálló hamuból állnak. Az eljárási tennék, amelyet a 13 vezetéken vezetünk el, magas CaSO4-tartalma miatt építési adalék anyagként használható. A 12 villamos porleválasztónak tehát még az az értelme, hogy a gáz alakú káros anyagokkal terhelt abszorbeálószert és a por alakú szálló hamu egy részét elválasszuk az anyagkörfolyamatból, míg az el nem használt abszorbeálószert és a felső 22 kazántérben képződött abszorbeálószert bevezetjük az anyagkörfolyamatba. Ezt úgy érjük el, hogy a 12 villamos porleválasztót viszonylag kis, nem jellemző pormentesítő teljesítménnyel működtetjük.
Ha a 12 villamos porleválasztót tehetetlenségi porleválasztóra cseréljük, akkor ez átveszi az eljárási tennék kihordását. A tehetetlenségi porleválasztó előnyös módon ciklonként vagy ütközéses porleválasztóként van kialakítva, és vagy a felső 22 kazántérben vagy a felső 22 kazántér után lehet elhelyezve, ami egyedül azon múlik, hogy a tehetetlenségi porleválasztó a 100-700 °C hőmérséklet-tartományban működik. A tehetetlenségi porleválasztót is kis pormentesítő teljesítménnyel működtetjük.
A 14 vezetékben vezetett, szilárd anyagot tartalmazó szennygáz áramot a 23 rostély alatt visszük a 8 fluidizációs reaktorba. Ehhez a szennygázáramhoz a tartaléktartályból a 16 vezetéken 1,3 g/Nm3 mennyiségű, 3-4 pm közepes részecskenagyságú Ca(OH)2-t adunk hozzá. A 23 rostély felett a 17 vezetéken hordjuk be a 8 fluidizációs reaktorba a szilárdanyag-részecskék
90-95%-át, amelyek a villamos 7 leválasztó első mezőiben válnak ki. A fuvókába torkolló 18 vezetéken vizet viszünk a 8 fluidizációs reaktorba, miáltal a 8 fluidizációs reaktorban körülbelül 65-70 °C hőmérséklet áll be. Ez a hőmérséklet körülbelül 15-20 °C-kal az égetési szennygáz harmatpontja felett van. A 8 fluidizációs reaktorban a gázsebesség körülbelül 3-5 m/s, és a szilárdanyag-részecskék átlagos tartózkodási ideje körülbelül 60 perc. A 8 fluidizációs reaktorban az átlagos szilárdanyag-terhelés körülbelül 6 kg/m3. A gáz alakú SO2 és HC1 káros anyagokat a 8 fluidizációs reaktorban a finom részecskés, reaktív abszorbeálószer messzemenően megköti. A szilárdanyag-részecskéknek és a víznek a 8 fluidizációs reaktorba való, találmány szerinti bevezetése révén elkerüljük a rásütéseket, és a szilárd anyagok nem agglomerizálódnak oly mértékben, hogy ez üzemzavarokhoz vezetne.
A szilárd anyagokkal terhelt szennygázáram a 19 vezetéken hagyja el a 8 fluidizációs reaktort, és a többmezős villamos porleválasztóként kialakított 7 leválasztóba kerül. Ezt a villamos porleválasztót nagy pormentesítő teljesítménnyel működtetjük úgy, hogy a tiszta gázos 20 vezetéken a villamos 7 leválasztóból kiáramló tiszta gáznak már 30 mg/Nm3-nél kisebb a portartalma. A tiszta gáz SO2-tartalma 50 mg/Nm3-nél kisebb, és HCl-tartalma 5 mg/Nm3-nél kisebb. Eszerint az NOX elválasztása után minden további tisztítási lépés nélkül kiengedhető a légkörbe. A villamos 7 leválasztó első mezőiben kivált szilárd anyagokat a visszacsatoló 17 vezeték 17a és 17b vezetékein vezetjük. A visszacsatoló 17 vezetékben vezetett szilárd anyagok 92-95%-a újból a 8 fluidizációs reaktorba kerülnek, míg a többi szilárd anyagot a vezetéken a felső 22 kazántérbe hordjuk. A villamos leválasztó utolsó mezőjében kivált szilárdanyagrészecskéket a 21 vezetéken hordjuk ki. Ha ezeknek a szilárd anyagoknak magas a széntartalma, akkor bevezethetők a 3 égéstérbe; egyébként lerakóhelyen tároljuk, vagy elkeveqük az eljárási termékekkel, amelyeket a 13 vezetéken távolítunk el a 12 villamos porleválasztóból.