NO783650L - Fremgangsmaate for behandling av forbrenningsgasser - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrorer behandling av forbrenningsgasser og mere spesielt en forbedret fremgangsmåte til å fjerne svoveldioksyd og partikkelformet material fra slike gasser.

Forbrenning av forskjellige fossile brensler, som olje og kull, frembringer forbrenningsprodukter som blant annet omfatter svoveldioksyd og flyveaske. Svoveldioksyd utgjor et spesielt alvorlig forurensningsproblem og strenge bestemmelser for svoveldioksydemissjoner er antatt av statlige og kommunale myndigheter. Almennyttig serviceretninger og kraftproduserende foretak som er storforbrukere av fossile brensler-; er under-kastet disse bestemmelser og må utnytte fremgangsmåter til å rense'de resulterende f orbrenningsgasser for å nedsette emmi-sjoner av svoveldioksyd og partikkelformet material. En fremgangsmåte til å angripe problemet har vært å forbedre brenslets kvalitet ved å nedsette svovelinnholdet for forbrenningen.

Et antall systemer er utviklet for behandling av forbrenningsgasser for å til i det minste en del fjerne svoveldioksyd og andre ubehagelige bestanddeler fra rokgassene. En vanlig fremgangsmåte å behandle rokgasser for å fjerne uheldige bestanddeler er å underkaste rokgassene vannvasking for å tilveiebringe absorbsjon av svoveldioksyd i vann. For å forbedre et slikt vaskesystems effektivitet er det også kjent å anvende vannholdige oppslemninger av kalk som inneholder materialer som kalsiumkarbonat dolomit, kalsiumoksyd og lignende for å reagere med svoveldioksydet til dannelse av kalsiumsulfat og kalsiumsulfit.

Kalsiumsulfit og kalsiumsulfat som dannes ved disse kjemiske reaksjoner, danner ofte overmettede oppløsninger hvor-, fra de faller'ut for å avleires og festne som faste avleiringer på eksponerte anleggsoverflater, og disse avleiringer kan forårsake alvorlige fortetninger, spesielt i ror. Folgelig er det gjort meget arbeide for å eliminere avleirings- eller adhesjonsproblemet som folger tilstopning av kalk og våtvaskere.

Ifolge U.S. patent nr. 2 080 779 foreslås at avleiringsproblemet kan loses ved periodisk vasking eller spyling av de eksponerte anleggsoverflater med en strom av væsker som er vesentlig fri for kalsiumsulfater.

Senere utviklinger angriper problemet på. andre

måter. Ifolge U.S. patent nr. 3 972 980 foreslås tilsetning av podningskrystaller av sulfitene eller sulfatene til vaske-mediet. Podningskrystallene er av utvalgt antall og storrelse for å kontrollere nivået av vaskningsmediets overmetning med hensyn til sulfitene og/eller sulfatene.

Ifolge U.S. patent nr. 3 919 393 omtales en forbedret fremgangsmåte til å fjerne svoveldioksyd fra for-

brenning åv svovelholdige brensler i vannvaskere. Ved denne fremgangsmåte settes en vannholdig opplosning av kalsiumoksyd som inneholder 2-10% magnesiumoksyd til vaskeren for å nedsette, avleiring.

Oppfinnelsen vedrorer en fremgangsmåte som inbefatter direkte innsproytning av et kalkholdig reagens i en entrinns-vasker uten behov for reaksjonsblandebeholdere, raffinerte vaskesystemer eller tilsetning av andre kjemikalier. Kalk-innsproytningen utfores på en slik måte at dannelsen av krystaller som kalsiumsulfit, kalsiumsulfat og opploste sulfitter reguleres for å minske avsetningen av disse materialer på eksponerte overflater hos vaskeren av anlegget. Man har funnet at flygaske-faste stofferi oppslemningen fra vaskeren medvirker ved utfelning av kalsiumsulfit- og kalsiumsulfatkrystaller ved å tilveiebringe heterogene grotilvekststeder for dannelsen av disse krystaller. Fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen opprettholder en hoy del av :flyvaskefaststoff i gjensirkuleringsstrommen, generelt i området 5-25%. Et reagens som kalk med hoyt innhold av kalsium eller hoyt innhold av magnesium innsproytes direkte i vaskeren for å opprettholde vaskeroppslemningen ved en. pH pa ca. 6,0 til 8,5, hvilket resulterer i undermetningsnivåer av kalsiumsulfat i oppslemningen. Oppslemningen som inneholder flyveaske og svovelforbindelser fjernes kontinuerlig fra vaskerkretsen og en regulert mengde gjensirkuleres eller tilbakefores i vaskesonen i vaskeren som'en del av vaskefluidet. Vaskede, rene forbrennings gasser strommer ut fra vaskeren gjennom skorstenen og ut i atmosfæren. En mengde av oppslemmingen fjernes fra gjen-sirkuleringen og innfores i en fortykker for å opprettholde tilbakesirkulasjonsstrommens faststoffinnhold ved ca. 5 til 25 vektsprosent. Den fjernede oppslemning kan underkastes fortykning, og de sedimenterte faste stoffer pumpesvtil et deponeringsområde. De' ovennevnte og andre formål og fordeler med foreliggende oppfinnelse fremgår klart av folgende beskrivelse, krav og tegninger hvor fig*.-' 1 er et blokkskjerna som viser fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen, fig. 2 er et skjematisk arbeidsdiagram som viser fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, fig. 3 er et diagram som viser innvirkningen av.pH på SOg-avleiring ved hjelp av reagens som inneholder kalsium og magnesium, fig. 4 viser-grafisk den relative metning av kalsiumsulfat mot pH med kalk med hoyt innhold av kalsium, fig. 5 viser et diagram som viser den relative metning av kalsiumsulfit mot pH med hoyt innhold av kalsium, og fig. 6 er et elektronmikrofotografi som viser dannelse av klsiumsulfat- og kalsiumsulfitkrystaller på flyve-askeoverflater.

På tegningen viser fig. 1 hovedsakelig fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen. Forbrenningsgasser utvikles fra en kjele 10 som et resultat av forbrenning av fossile brensler. For-brenningsgassen innfares i en vasker 12, hvori det opprettholdes

et undermetningsnivå av kalsiumsulfat og sulfitter. Innsproytning av vannholdig kalk foregår ved 14 direkte inn i vaskekretsen for

å opprettholde væskeformet oppslemming i vaskeren ved en nær noytral tilstand. Oppslemningen fra vaskeren uttas ved hjelp av en retursirkulasjonspumpe 16, og en regulert mengde av oppslemning tilbakeføres i vaskerens vaskningssone som en del av vaskningsfluidet via en tilbakesirkulasjonsledning 20. En mengde av utslepsoppslemningen fjernes til en fortykker 22 , hvorfra klart vann tilbakeføres til vaskeren via en ledning 24-Faststoffet pumpes gjennom en ledning 26 til et deponerings-

område. Rokgasser som hovedsakelig er renset for svovel og flyveaske, fjernes gjennom en skorsten 30- Den foregående beskrivelse omtaler i korthet foreliggende oppfinnelse. En

■mere fullstendig forståelse av oppfinnelsen fåes under henvisning til fig. 2, som skjematisk viser fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen.

En kjele frembringer en gasstrom fra forbrenning av

et fossilt brensel som kull, og de gassformede produkter innfores i vaskeren'12 ved en sentral skorsten 32. Forbrenningsproduktene varierer noe med typen av brensel, men generelt er de produkter som dannes ved fullstendig forbrenning av fossile brensler COg, HgO og,; hvis svovel er tilstede, som det er i mange brensler,

SOg. Nitrogen og oksygen folger dette. Dertil frembringes ofte flyveaske som hovedsakelig omfatter oksyder av kiseldioksyd og aluminiumoksyd, jern' og kalk, samt andre- spormineraler.

Vaskeren 12 kan være av en hvilken som helst vertikal eller horisontal type. Av anskuelighetsgrunner er vaskeren vist som vasker av vertikal type fremstillet av Chemical Construction Company (Chemico), som omfatter en sentralt plasert, konisk ledeplate 34, iblant kalt et "sank lod", som er plasert inntil venturiseksjonen 33- Ledeplaten 34 er justerbar for å regulere trykkfallet over venturi 33* Den innkomne gasstrom rettes ned mot ledeplatens spiss i en vaskningssone 41* Den innkomne gasstrom fra en kjele har spesielt en temperatur på ca. 170°C.

Et reagens, som kalk.med hoyt innhold av kalsium eller hoyt innhold av magnesium innfores i vaskerens 12 vaskningssone ved innsprøytning ved hjelp av et munnstykke 35 som er plasert under den koniske stromningsavledende lederplate 34, ved venturiseksjonens 33 munning. Reagenset blandes med. innkomne gass-strom. En på hele tallet horisontal, ringformet fuktigdis-utskiller 38 er plasert innen vaskeren 12 for å adskille og avlede fuktighet fra den vaskede gassfase. Den vaskede gass fjernes via en ledning 40 over fuktigdisadskilleren under innvirkning av en induksjonsvifte 42. Induksjonsviften 42 mater inn en avledningsenhet 44 som har en eller flere elementer 45

for avledning av væske for utlop via en skorsten 30.

En adskilt, vannholdig oppslemningsfase-samles i vaskerens lavere koniske del. Dette foregår da våt flyveaske har meget storre tetthet enn rokgass og initialadskillelsen skjer når gassens stromningsretning omstyres for å passere oppad gjennom fuktigdisadskillerelementet 38. Oppslemningen til-båkesirkuleres ved en pumpe 16 gjennom -en ledning 20 til tangensielle innsproytningsmunnstykket j6. Spesielt tilbake-holdes betraktelige mengder flyveaske eller faststoffer i oppslemningen i området ca. 50-25 vektsprosent, for å tilveiebringe kjerner for sulfat- og sulfittutfeining, som skal forklares ennskjont faststoffkonsentrasjoner opp til 40 eller ^ 0% er godtagbare. Kalk eller annet reagens innfores i vaskeren i en tilstrekkelig mengde for å opprettholde vaskeoppslemningen i vaskerenheten ved omtrent nøytral tilstand. Flyveaske i forbrenningsgassene innsluttes i væskedråpene og blir tilbake i oppslemningen. Svoveldioksyd i forbrenningsgassene absorberes kjemisk og blir tilbake i oppslemningen som kalsiumsulfitt eller kalsiumsulfat. En regulert mengde av oppslemningen avtappes

ved en ledning 50 til en fortykker 22 for å opprettholde den ønskede faststoffkonsentrasjon.

Fortykkeren 22 kan være hvilken som helst sedimen-teringsapparat- av vanlig type for adskillelse av faststoffdeler fra væsken og vises som et rundt kar med traktformet bund og utnytter en mekanisme med roterende rive. De sedimenterte faststoffer fjernes via en avtapningsledning 26 ved hjelp av en punpe 52 til et deponeringsområde 553som et askebasseng. Fortykkeren

22 omfatter en ringformet oppdemning 54, hvorfra vann fjernes og tilbakeføres.til systemet via en ledning 24 og en pumpe 57-

Den mekanisme som foregår i foreliggende fremgangsmåte, som resulterer i fremgangsrik partikkel og svoveldioksydfjerning,

antas inbefatte flyveaskestoffer i oppslemningen som medvirker til utfelning av kalsiumsulfitt- og kalsiumsulfatkrystaller ved å tilveiebringe heterogene kjernetilvekststeder. Ved å opprettholde en hoy del av flyveaskefaststoffet i tilbakesirkulasjonsstrommen okes antallet kjernetilvekststeder.

Figur 6 er et elektronemikrofotografi, som er forstørret 10 000 ganger og viser bilder av sulfitt- og sulfat-krystaller på flyveaske som et kjernetilvekststed. Samutfeininger av sulfater og sulfiter på flyveasken gir flere viktige fordeler. Flyveasken tilveiebringer, som påpekt ovenfor, et kjernetilvekststed. Videre er det generelt erkjent at flyveaske er et spesielt slitende stoff som kraftig skader apparaturen, spesielt rør-ledninger som ofte er foret med stoffer som gummi. Dannelsen av krystaller på flyveaskens overflate tilveiebringer et isolerings-■ skikt som beskytter apparaturen for flyveaskens nedslitende egenskaper. Dertil har sulfittkrystaller en naturlig smore-egenskap for ytterligere å minske muligheten for flyveaske til å skade apparaturen. Dette synes å stå i motsetning til tid-ligere arbeider innen teknikken som har trukket slutninger at

liten eller ingen utfelling opptråtte på flyveaske og flyve-

aske var vesentlig inert.

Fig. 3 er en grafisk fremstilling som viser effekten

av pH på SOg-fjerning med anvendelse av kalk med hoyt innhold av kalsium. Som vist på fig. 3 oker prosentsatsen av SC^-fjerning for kalk med hoyt innhold av kalsium fra 20 til 80%, mellom områdene pH 3,6 og pH 8,1. Data viste et lineært forhold mellom pH og SO^- fjerning i det undersokte interval. Lignende resultat er oppnådd ved anvendelse av magnesium i konsentrasjoner på ca. 2300 ppm til 3600-ppm.konsentrasjon, idet prosentsatsen av S0£-fjerning oket fra 40 til ca. ^ 0% mellom områdene- på pH 3>6 og pH 8,1.

Fig. 4 viser grafisk at den relative metning av kalsiumsulf a-t oket med pH opp til 4,5 - 5,5* Over. pH 5 minsket det relative metningsnivå med pH, ble undermettet ved pH 6,5 og nådde 0,2% av metningen ved pH 8. Som vist på fig. 5 oket tilsva-rende relative metning av kalsiumsulfit med pH til en verdi på 10 ved pH 5,5, som resulterte i en stor drivkraft ,for kalsiumsulf ittutf einingen .

■ Eksempel

For å undersoke effektiviteten av foreliggende

program foranstaltet Arizona Public Service Company, som er en fortsettelse av et utviklingsprogram med hensyn til emisjonskontroll, undersokelse for å vurdere SOg-fjerningsevnen hos vertikale våtvaskere ved Four Corners Power Plant som er plasert på Navajo Indian Reservation nær Farmington, New Mexico. Kraftanlegget består av fem enheter som har en total anleggskapa-sitet på 2175 MW- Anlegget forbruker gjennomsnittlig 19 000 tonn kull pr. dag eller ca. 7 millioner tonn pr. år. En våtvasker av den type som fremstilles av Chemical Construction Company

ble isolert fra vaskningssystemet, og fremgangsmåten som vist

på fig. 1 og 2 utnyttet for å behandle rokgåssen fra en av de stromfrembringende enheter. Rokgåssen frå en'kullforbrennings-kjele ved en temperatur på fra 170°C og en stromningshastighet på 11 500 m-^/min. og som inneholdt ca. 800 ppm som svoveldioksyd samt 14 g/nr flyveaske ble fort gjennom vaskeren.

En vannholdig kalkopplbsning som inneholder fast flyveaske og svovelutfeininger tilbakesirkuleres gjennom vaskeren idet en del av strommen, som gikk opp til 38 m^/min., ble av-tappet for å opprettholde en faststoffkonsentrasjon på ca.

5-25 vektsprosent, ennskjont faststoffkonsentrasjoner opp til ca. 40-50% er godtagbare. Ved hoyere faststoffkonsentrasjoner kan den mekaniske fortykkeren fullstendig elimineres, hvilket utgjor vesentlige utrustningsbesparelser. Avtapningsstrommen ble fort til en fortykker, hvor faststoff ble konsentrert for uttomning til deponeringsanordninger, og det klarede overlopet tilbakeført til vaskeren. Væske/gassforhold, i gallons (3,8 liter) væske pr. 1000 faktiske ft^ (28 m^) gass, var ca. 25. De rene, utgående forbrenningsgassers temperatur var ca. 43°0-

o

Trykkfallet over venturi varierte mellom ca. 50 til 25 cm HgO

med oppsumbare effekter på partikkelavleiring. Flyveasken hadde folgende spesielle kjemiske analyse:

Den uleskede kalk med hoyt kalsiuminnhold hadde, folgende spesielle analyse:

Kalkutnyttelsen var noe over 100% ved det lavere pH-området, hvilket indikerer at flyveasken gjorde systemet noe alkalisk. Kalkopplosningen sattes direkte til vaskeren umiddel-bart over oppslamningsvæskenivået. Mengden av kalkoppslemning ble regulert for å opprettholde den onskede SOg-fjerning.

Provedata og resultater av svoveldioksydfjerninger samt relativt måling av væskene vises i tabell I.

Tabell II viser prøveresultatet ved utnyttelse av vannholdige opplosninger av kalk med hoyt innhold av magnesium som reagens i systemet. Fremgangsmåten var den samme som ovenfor med vannholdig kalkinnsproytning'"direkte i vaskekretsen.

Undersøkelsen som ble utfort under en vesentlig tids-periode ga hovedsakelig avleiringsri drift. Av det foregående

fremgår at partikkelfjerningen som ble målt overskred 33, 6%

og svoveldioksydfjerningen i området på ca. 60-82%. Et betyd-ningsfult resultat var fastslåelse av at den relative metning av CaSO^^HgO, gips, i vaskevæsken er en funksjon av S0£-fjerning. Ved lave fjerningsverdier er gjensirkulasjonsvæsken overmettet

med hensyn til gips og har således en mulighet til å danne en

hård kjemisk avleiring. Når, fjerningsverdien nærmer seg 60%-

70% minsker den relative metning av gips og væsken blir undermettet, hvorved muligheten til at gipsavleiring dannes elimineres. Denne senkning av den relative metning antas å være et direkte resultat av de lavere oksydasjonsverdier og samutfelling av kalsiumsulfat samt kalsiumsulfitt.

Totalprovepartikkelfjerning ble målt ved anvendelsen av epa metode 5 og fine partikler målt ved anvendelsen av en modifisert Anerson-teknikk. Andre måte å måle partikler kan gi noe forskjellig resultat/ Således tilveiebringes foreliggende oppfinnelse en effektiv fremgangsmåte til å behandle rokgasser med kalk for fjerning av partikkelformet material og svoveldioksyd med anvendelse av et egnet reagens i en entrinns-våtvasker, idet vaskeren holdes ved et undermetningsnivå av kalsiumsulfat. Andre former av kalk som dolomit kan også anvendes. Hoye nivåer av SOg-fjerning kan oppnås både med kalk med hoyt innhold av kalsium og, kalk med hoyt innhold av magnesium idet hoy partikkelfjerning opprettholdes. Kalsiumsulfatkonsentrasjoner minsket langt under metning når S0^- fjerningen oket, hvilket tilkjennegå hovedsakelig et avleiringsfritt driftssystem. Resultatet som ble oppnådd med denne fremgangsmåte muliggjor forbedring av vaskeenhetens effektivitet, minskning av uheldige emisjoner og nedsatt oppholdstid i vaskeren samt nedsatt kjelespilltid.

Eksisterende vaskersystem kan tilpasses til å omfatte fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen med minimale nodvendige modifikasjoner. Både vertikale og horisontale vaskere, som eksempelvis vaskere av typen Weir, kan utnyttes. En viktig fordel er eliminering av blande- eller reaksjonsbeholdere som generelt er nodvendige i vanlige systemer, da reaksjonen helt skjer i oppslemningssystemet med en oppholdstid i oppslemningsgjensirkula-sjonssystemet på ca. 10-60 minutter. Andre apparatbesprelser kan oppnås avhengig av det relativt lave væske/gassforhold som minsker systempumpetransport.

Det er klart at det kan foretas modifikasjoner uten å. overskride oppfinnelsens ramme slik den fremgår av kravene.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte til å fjerne SC^ fra en forbrenningsgass-strom som inneholder partikkelformet faste stoffer og SOg i en våtvaskeenhet, karakterisert ved

(a) at gasstrommen fores gjennom våtvaskeenheten, (b) at pH-verdien holdes ved ca. 6,0-8,5 for å danne en resulterende oppslemning' som inneholder blant annet kalsiumsulfitt og kalsiumsulfat samt faste stoffer, (c) at minst en del av oppslemningen uttommes fra vaskeren, (d) at en del av den uttomte oppslemning avtappes for å opprettholde en regulert mengde av oppslemning med et faststoff innhole på ca. 5-4-0 vektsprosent, og (e) at den regulerte mengde av oppslemning tilbakesirkuleres. til vaskeren for å medvirke ved utfelning av sulfitter og sulfater, idet vaskeoppslemningen holdes ved undermetningsnivå med hensyn til sulfater for å minske kjemisk avleiring.

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert v e d at pH-verdien reguleres ved tilsetning av et reagens som er en vannholdig kalkopplosning.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at pH-verdien reguleres ved tilsetning av et reagens som omfatter magnesiumoksyd.

4. Fremgangsmåte ifolge krav- 1, karakterisert ved at oppslemningens oppholdstid i vasketilbakesirkulasjons-. systemet er ca. 10-60 min.

5. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at mengden av fjernet, uttomt oppslemning er ca. 1% til 5% av det totale volum.

6. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom væske (gallons, 3,8 liter) og gass (1000 faktiske f X?, 28 M^) i en væske opprettholdes ved ca. 25 til 1. 7« Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at den avtappede del av den uttomte oppslemning underkastes fortykning, og den klarede væske fra fortykningen til-bakeføres til vaskeren. 8. Fremgangsmåte til å fjerne SOg fra en forbrenningsgasstrom som inneholder partikkelformede faste stoffer av flyveaske inbefattende trinnene, vasking av gasstrommen i en vasknings sone med et vannholdig vaskningsfluidum for å oppløse SOg deri og for å separere de partikjcelf ormede faste stoffer derifra , og vaskefluidet, som inneholder opplost SOg og suspenderte partikkelformede faste stoffer bringes i'berøring med et utfelningsreagens for å utfelle deri opplost SOg, idet en oppslemning av utfelningen og partikkelformige faststoff i vaskningsfluidet dannes, Karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter et trinn vedrørende.utnyttelse av oppslemningen som minst en del av vaskefluidet. 9- Fremgangsmåte til å fjerne SOg fra en forbrenningsgasstrom som inneholder partikkelformede faste stoffer og SOg i en våtvaskeenhet, karakterisert ved (a) at gasstrommen fores gjennom våtvaskeenheten, hvori den kommer i kontakt med et vannholdig vaskefluidum som inneholder et reagens for omdannelse av SOg til kalsiumsulf it og kalsiumsulfat, for å bortføre SOg og partikkelformede .faste stoffer fra gasstrommen, (b) at vaskefluidet adskilles fra gasstrommen som en vaskeopp-slemning, som inneholder kalsiumsulfit, kalsiumsulfat og de partikkelformede faste stoffer, (c) at en matningsoppslemning som inneholder reagens i en tilstrekkelig mengde for å opprettholde vaskeroppslemnihgens pH-verdi ved ca. 6,0-8,5) innsproytes i vaskeroppslemningen, (d) at' en strom av vaskeroppslemningen uttas fra vaskeenheten som en tilbakesirkulasjonsstrom for tilbakeføring til vaskeenheten som vaskefluidum, (e) at en del av tilbakesirkulasjonsstrommen avtappes for å regulere faststoffinnholdet i tilbakesirkulasjonsstrommen i området ca. 5-50%>° g (f) at tilbakesirkulasjonsstrommen tilbakeføres til vaskeren for å medvirke ved utfelling av sulfitter og sulfater, hvorigjennom vaskeroppslemningen holdes ved undermetningsnivå med hensyn til sulfater 'for å minske kjemisk avleiring. 10. Fremgangsmåte ifolge krav 9, karakterisert ved at faststoffinnholdet er i området ca. 5 - 25%' 11. 'Fremgangsmåte ifolge krav 9>karakterisert ved at reagenset er valgt blant, kalk med hoyt innhold av kalsium eller hoyt innhold av magnesium. 12. Fremgangsmåte ifolge krav 9> karakt er: is ert ved at den avtappede del fra tilbakesirkulasjonsstrommen tommes på faststoffet og den' vannholdige delen tilbakeføres til vaskeren.