NO121186B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til nedsettelse av korrosjon i ovner når det anvendes svovelholdig brennstoff.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til nedsettelse av øde-leggelsene i ovner når det anvendes svovelholdig brennstoff.

Det er blitt fastslått at avsetninger av

sure stoffer bevirker en stor mengde korrosjon i ovner når det anvendes brenseloljer som inneholder svovel, og at utfellingen av disse sure stoffer skriver seg fra røk-gassenes høye duggpunkt..

Det er også blitt fastslått at røkgasse-nes høye duggpunkt skriver seg fra nær-vær av svoveltrioksyd, som dannes ved den katalyttiske oksydasjon av svoveldioksyd, og det er blitt foreslått ved overtrekning av de indre flater i ovnene med en film av anti-katalyttisk materiale å hindre dan-nelsen av svoveltrioksyd og derved senke røkgassenes duggpunkt.

Tidligere er det blitt foreslått å blande ammoniakk med røkgassene i flammeso-nén, og utfellingen av aske på ovnsveggene reduseres, men det antas at denne fremgangsmåte ikke har noen innvirkning på røkgassenes duggpunkt.

Det er også blitt foreslått at for å hindre atmosfærisk forurensning, skal ammoniakk blandes med røkgassene i tilstrekke-lige mengder til å nøytralisere alt svoveldioksyd og svoveltrioksyd før røkgassene frigjøres til atmosfæren.

Ifølge et annet tidligere forslag fjernes svoveldioksyd og svoveltrioksyd fra

varme forbrenningjsgasser som er fremstilt ved å brenne svovelholdig kullvannstoffbrensel, ved å blåse findelt fast kalsium-karbonat inn i forbrenningsgassen mens

forbrenningsgassen befinner seg ved en temperatur på minstrl77° C. Det er også fastslått at det er ønskelig at der skal være tilstede en mengde ammoniakk i gassene som er behandlet på denne måte og at denne mengde ikke skal overstige 2 pst. av den mengde som er nødvendig for å nøy-tralisere svoveldioksydet og svoveltrioksyd som er tilstede i de avgående gasser. Ifølge dette tidligere forslag, antas ammoniakk-ens funksjon å være slik som en kataly-sator for reaksjonen mellom svovelforbin-delsene og kalsiumkarbonatet. Det er ikke gitt noen angivelse med hensyn til tempe-ratursonen for forbrenningsgassene hvor ammoniakken skal innføres, annet enn at ammoniakken allerede skal være tilstede i gassene når de behandles med 'kalsium-karbonat'.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å skaffe en ny fremgangsmåte til nedsettelse av korrosjon i ovner, særlig i damp-generatorer. Det er en videre hensikt å skaffe en forbedret ovn for forbrenning av svovelholdige brennstoffer.

Ifølge foreliggende oppfinnelse skaffes den fremgangsmåte som omfatter kontinu-erlig innsprøytning av ammoniakk inn'i ovnen når det anvendes svovelholdig kullstoff eller kullvannstoffbrensel, idet ammoniakken i en mengde som utgjør fra 0,5'til 9,0 vektprosent basert på den totale ;yekt av svovel i elementær bundet form i brennstoffet sprøytes inn i en del av forbrenningssonen i ovnen etter flammesphen, hvor 'temperaturen ligger over duggpunktet for ubehandlet forbrenningsjjass, ; og under den temperatur ved hvilken ammoniakken vil oksyderes.

Med uttrykket forbrenningsgasser me-nes gasser som består av eller inneholder forbrenningsproduktene fra det nevnte brennstoff. Uttrykket omfatter delvis for-brente gasser, og innsprøytingsanordning-ene vil således anbringes for å sprøyte ammoniakk inn i gass-strømmen etter flammesonen, idet dette enten er i eller under sonen for lav temperatur (som er usynlig) forbrenning.

Den del av forbrenningssonen, hvori ammoniakken innsprøytes ligger fortrinsvis under 1000° C og mer spesielt under 500° C.

Den beskrevne fremgangsmåte kan anvendes når det anvendes et hvilket som helst svovelholdig kullstoff eller kullvannstoffbrensel, f. eks. raffinerigasser, lysgass, petroleumdestillat eller residum brennstoffer, sure tjærer, kull tjærer, myke tjærer, bituminøst kull, antrasitter og dampkull og koks. Den beskrevne fremgangsmåte for ovner er særlig egnet når det anvendes residum brenselolje avledet fra petroleum.

Når det anvendes residual brenselolje som inneholder mindre enn 5 vektsprosent svovel, er den mengde ammoniakk som sprøytes inn pr. tidsenhet i ovnen mellom 0,03. og 0,1 pst., fortrinsvis 0,06 til 0,1 pst., idet prosenten er angitt med hensyn til vekt av brenselolje..

Ifølge oppfinnelsen skaffes det også en forbedret ovn for forbrenning av svovelholdig petroleum, residual brenselolje og som har innsprøytningsanordninger for til-førsel av ammoniumgass, og disse inn-sprøytningsanordninger er anbrakt på en slik måte at ved operasjon tømmes ammoniakk inn i en strøm av forbrenningsgasser inne i ovnen ved et punkt hvor temperaturen for den nevnte strøm ligger over duggpunktet for ubehandlede forbrenningsgasser og under den temperatur ved hvilken ammoniakk ville oksyderes.

Videre er det skaffet en forbedret dampkjel for forbrenning av svovelholdig petroleum (residual brenselolje) og som har en fødevannsforvarmer, og kjelen har innsprøytningsanordninger for tilførsel av ammoniakk, anbrakt på en slik måte i operasjon, at ammoniakken uttømmes i en strøm av forbrenningsgasser etter at forbrenningsgassene har passert over de dampgenererende rør og før deres passasje jgjennom i det minste en del av den nevnte economiser.

Ammoniakken kan innsprøytes i. gass-form eller som vanlig opløsning.. Fortrinsvis består innsprøytningsanordningen av et perforert rør eller flere rør, f. eks. i form av en ring, formet og anbrakt således at ammoniakk innsprøytes over vesentlig hele tverrsnittet av strømmen av forbrenningsgasser.

Andre fremgangsmåter til innføring av ammoniakk omfatter: 1. Utladning av gassformet ammoniakk gjennom sin trede metallskiver, fortrinsvis av stål, hvorved det indre trykk og derved uttømningshastigheten økes, hvorved virkningen av variasjoner i trykk utenfor ut-ladningspunktene reduseres og virkningen av blandingen forbedres.

2. Fortynning av gassformet ammoniakk

med røkgass, idet blandingen innføres i gjennom en perforert rørdeler.

3. Bruken av ammoniakalsk oppløsning

innført ved sprøytning. eller gjennom en dyse for atomisering.

Det kan bygges opp utfellinger av am-moniumsalter på varmeutvekslingsflatene og disse utfellinger kan fjernes ved anord-ning av innretninger for fjernelse av disse, uten at ovnen må stoppes. Fortrinsvis er ovner ifølge foreliggende oppfinnelse eller når de anvendes ifølge fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, forsynt med utstyr for vannvasking av luftvarmere og/eller economiser, mens den står på eller er lukket.

Det antas at ammoniakken nøytrali-serer svoveltrioksydet med dannelse av am-moniumsulfat og/eller ammoniumbisulfat, avhengig av betingelsene i ovnen, idet svoveldioksyd som er tilstede og som ikke re-agerer med ammoniakken, like som pro-duktet ammoniumsulfid, er ustabil ved temperaturer som oppstår i ovnen. Den mengde ammoniakk som trenges vil således være en støkiometrisk mengde for nøy-tralisasjon av svoveltrioksyd og denne teo-retiske mengde stemmer meget godt med eksperimentelle resultater, slik som det vil sees av de følgende tabeller.

Oppfinnelsen forklares nærmere i det følgende eksempel, som ikke er ment å være begrensende:

Eksempel:

Apparaturen som ble anvendt bestod av en kjel som har to hovedkomponenter, et forbrenningskammer og et «kjøle»-kammer, som holdes ved høy og lav temperatur resp. Hver av disse to kammere hadde liknende- konstruksjon med unnta-gelse av at forbrenningskammeret var 158 cm langt og kjølekammeret var 58 cm langt. De to kammere var sylindriske og anbrakt med horisontale akser. De hadde utvendige diametere på 72,5 cm og var for-bundet med hverandre aksialt med et 60 cm langt silica-rør med en diameter på 10 cm. I begge bestod veggene av et ytre skall av bløtt stål, et lag på 75 mm tyk-kelse av isolerende sten og et indre 11 cm tykt lag av sillimanitt. En duggpunktmå-ler var anbrakt med en kanal som kom-muniserte med det indre av kjølekamme-ret. En Y-formet mediums lufttrykkolje-brenner var anbrakt aksialt ved inntaks-énden i forbrenningskammeret, og var festet på et hus som ble tilført luft under trykk fra en vifte. Brennstoff ble tilført brenneren fra to 80 liters termostatstyrte tanker. En roterende pumpe av girtypen ble anvendt, og brennstoffet ble filtrert og forvarmet til den nødvendige temperatur før den kom inn i brenneren. Primær luft for forbrenningen ble trukket fra labora-torielufttilførselen.

Størstedelen av røkgassene ble tømt ut i atmosfæren gjennom fbrbrennings-kammere, men en liten del ble trukket gjennom kjølekammeret ved hjelp av en sugevifte. Gass og brennstofftemperaturer ble målt på forskjellige punkter, ved hjelp av kromell-alumell eller jern-konstantane termoelementer. Gassprøvepunktene var anbrakt på forbrennings- og kjølekamme-ret for orsat- og svoveloksydanalyser.

Ammoniakken ble innført i kjølekam-meret ved innsprøytning av en målt strøm vannfri ammoniakk fra en trykksylinder.

Idet det ble anvendt et petroleum residual brenselolje med følgende fysikalske karakteristikk:

og under betingelser som vist i tabell 1, ble resultatene vist i tabell 2 oppnådd.

Idet det anvendes en luftkjølet korro-sjonsprøve under de ovenfor beskrevne betingelser med ammoniakkinnsprøytning med en hastighet på 0,086 vektsprosent be-regnet på matningen, ble resultatene som vist på tabell 3. Korrosjonshastigheten er uttrykt som milligram jern for en halv-kule av bløtt stål på 25 mm diameter pr. time.

Støkiometrisk mengde ammoniakk for fullstendig nøytralisasjon av SO... (til ammonium sulfat) = 0,6 g/time = 6,06 vektsprosent av matning (idet det antas at gjennomsnitts SOs innhold av tørre røk-gasser = 0,003 volumprosent). For dannelse av ammonium bisulfat kreves det 0,3 g/time = 0,03 vektsprosent av matning.

Apparaturen . ifølge foreliggende opp-

finnelse beskrives ved hjelp av tegningen,

.men er ikke begrenset til denne, som viser eksempler, hvor fig. 1 er et snitt i oppriss av oljefyrt vannrørskjel med tvunget sirkulasjon ut-

styrt ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 er et skjematisk riss av gasstil-førselsystemet med economiseren og am-moniakkinnsprøytningssystemet. Fig. 3 er et oppriss av ammoniakkinn-sprøytningssystemet.

Kjelen består hovedsakelig av:

(a) stråler ør innen sone 1

(b) overhetningsrør innen sone 2

(c) dampbeholder 3

(d) fem sett horisontale økonomisør-

rør innen sonene 4 med vanninntak 5 og vannutløp 6.

Kjelen er forsynt med tre oljebren-

nere 7, og er isolert med vegger 8. Ecbno-miserrørene er adskilt fra strålerørene ved isolerende vegg 9, ved hjelp av hvilken, røkgassene sendes nedover de fem rørsett til røkgassuttaket 10.

Ammoniakk innføres ved hjelp av rø-

ret 11 til en ringfordeler 12, som holdes på

den øverste economiseren ved hjelp av støtter 14.

To ammoniakksylindere 15 og en kvel-stof f sylinder 16 (anvendt for å fjerne luft før ammoniakkinnsprøytning) er forbun-

det ved hjelp av ventiler 17 til hovedled-

ning 18 som har en trykkmåler 19. Fra hovedledningen 18 sendes gass gjennom trykkreduksjonsventilen 20 og nålventilen 21 til strømmålingsanordningen 22 (hen-

siktsmessig et «Rotameter») og deretter via røret 23 til hvilket det også er festet manometer 24 til ringfordeleren 12 som har utladningsventiler 13a, 13b og 13c.

Størrelsen for utladningsventiléne va-

rieres etter som behovet er ved de tilstan-

der som finnes å være fremherskende i economiseren for å oppnå vesentlig ensar-

tet fordeling av ammoniakken.

I en kjel som har en maksimumskapa-

sitet på 11 tonn damp pr. time maksimum damptrykk og temperatur på 30 kg/cm2

og 400° C resp.; vanninntak- og uttaks-temperaturer på 70° C og 200° C resp., og røkgasstemperaturer umiddelbart over og under economiseren på 350° C og 100—112°

C resp., var ammoniakkfordeleren kon-

struert til å operere med en gjennomsnitts ammoniakkmatning på 1000 liter (bereg-

net ved 15,5° C og 760 mm kvikksølvtrykk)

pr. time, og størrelsen på ventilhullene var satt som følger.

13 (a) 3 mm, 13 (b) 4,5 mm og 13 (c)

6,4 mm...

Som nevnt ovenfor er det en hensikt

med foreliggende oppfinnelse å skaffe en fremgangsmåte til å nedsette korrosjonen i ovner og skaffe en forbedret ovn for forbrenning av svovelholdige brennstoffer.

Det skal imidlertid forståes at ved en drift

på den måte som er beskrevet kan det fåes andre fordeler, slik som f. eks. at luftfor-

urensning ved sure komponenter i — eller dannet fra røkgassene kan nedsettes.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til- nedsettelse av korrosjon i ovner, hvor det brennes svo-

velholdige brennstoffer, ved innførelse av ammoniakk i små mengder, karakterisert ved at ammoniakk i én mengde på 0,5 tii 9,0 vekts-pst. av den totale vekt av ele-mentært og bundet svovel i brennstoffet som tilføres til enhver tid, innføres konti-nuerlig i den del av forbrenningssonen i ovnen som ligger etter flammesonen og hvor temperaturen er høyere enn duggpunktet for ubehandlede røkgasser men lavere enn den temperatur ved hvilken ammoniakk ville oksyderes.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at ammoniakk innsprøy-tes i en sone som har en temperatur på under 1000° C.

3. Fremgangsmåte ifølge påstand 1 eller 2, karakterisert ved at ammoniakken innsprøytes i en sone som har en temperatur på under 500° C.

4. Fremgangsmåte ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at ammoniakk innsprøytes i en blanding med re-syklerte forbrenningsgasser.

5. Fremgangsmåte ifølge en av de foregående påstander, og hvor brennstoffet er residual brenselolje avledet fra petroleum og som inneholder mindre enn 5 vekts-pst. svovel, karakterisert ved at mengden av innsprøytet ammoniakk pr. tidsenhet i ovnen er mellom 0,03 og 0,1 vekts-pst. av brenseloljematingen.

6. Ovn for forbrenning av svovelholdige kullstoff og kullvannstoffholdige brensel, og som har innsprøytningsanord-; ning for tilførsel av ammoniakkgass, karakterisert ved at innsprøytningsanord-ningen er anbrakt på en slik måte at ved drift uttømmes ammoniakk i en strøm av forbrenningsgasser inne i ovnen ved et punkt, ved hvilket temperaturen i den nevnte strøm ligger over duggpunktet for ubehandlede forbrenningsgasser og under den temperatur ved hvilken ammoniakk vil oksyderes.

7. Dampkjel for forbrenning av svo-veihoidig petroleum (residual brenseioije) og som har en røkgassvarmeutveksler for luft og/eller vann, karakterisert ved at kjelen har innsprøytningsanordninger for tilførsel av ammoniakkgass, anbrakt på en slik måte at i drift uttømmes ammoniakken i en strøm av forbrenningsgasser etter at forbrenningsgassene har passert over dampgenereringsrørene og før deres passasje gjennom i' det minste en del av røkgassvarmeutvekslerne.

8. Fremgangsmåte ifølge påstand 7, karakterisert ved at innsprøytningsanord-ningene består av et perforert rør eller flere rør, som er formet og anbrakt såle des at ved drift sprøytes ammoniakk inri over vesentlig hele tverrsnittet av strøm-men av forbrenningsgasser.

9. Fremgangsmåte ifølge påstand 6, karakterisert ved at innsprøytningsanord-ningene består av en sintret metallskive.

10. Fremgangsmåte ifølge en hvilken som helst av de foregående påstander, karakterisert ved at ammoniakk er det eneste reaksjonsmiddel som innføres i ovnen for det formål å redusere korrosjon.