PL163166B1 - Sposób i urzadzenie do odsiarczania spalin w kotlach opalanych, zwlaszcza pylem weglowym PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób odsiarczania spalin w kotlach opala-- nych, zwlaszcza weglowym pylem, polegajacy na wstepnym mieleniu kamienia wapiennego w dowolny znany sposób, a nastepnie wprowadzanie tego pylu do kotla i skierowanie spalin poprzez podgrzewacz po- wietrza do reaktora, w którym nastepuje dalsze odsiar- czanie i skierowanie spalin poprzez elektrofiltr do komina, znamienny tym, ze wapienny pyl wprowa- dza sie do kotla w strefie o temperaturze od 1150 K do 1500 K a do reaktora wprowadza sie spaliny o tempe- raturze od 360 K do 420 K i wprowadza sie do reaktora zimny popiól pobrany z elektrofiltra w miejscu naj- wiekszego skupiska CaO-tlenku wapnia, a dla ua- ktywnienia reakcji wiazania zwiazków siarki wprowadza sie, zawierajace zwiazki alkaliczne, odso- liny bedace odpadem z elektrowni. Fig.1 PL PL PL

Description

Znany jest sposób usuwania gazowych związków siarki, a zwłaszcza dwutlenku siarki, z gazów spalinowych z pieca, z polskiego zgłoszenia patentowego nr P. 256 163. Sposób ten charakteryzuje się tym, że do pieca lub do gazów spalinowych zawierających dwudenek siarki, opuszczających piec, oprócz spalanego materiału zawierającego siarkę i gazu zawierającego tlen wprowadza się w postaci pyłu wodorotlenek metalu alkalicznego i/lub wodorotlenek metalu ziem alkalicznych, do pieca i/lub do gazów spalinowych wprowadza się oddzielnie wodę i/lub parę wodną i wreszcie oddziela się od gazów stale cząstki, które zawierają siarczan i ewentualnie siarczyn metalu alkalicznego i/lub metalu ziem alkalicznych, otrzymane jako produkt reakcji. Pylisty wodorotlenek wprowadza się w nadmiarze stechiometrycznym w stosunku do ilości siarki zawartej w gazach spalinowych. Wodę i/lub parę wodną rozpyla się, gdy temperatura gazów spalinowych wynosi 323 K do 1073 K korzystnie 363 K do 573 K, a wodę rozpyla się w gazach spalinowych w takiej ilości, która może zostać odparowana energią cieplną zawartą w gazach spalinowych i wytworzoną przez reakcje. Jako wodorotlenek wprowadza się, wodorotlenek wapnia lub mieszaninę wodorotlenku wapnia i magnezu.

Sposób ten wymaga stosowania suchych wodorotlenków, czystej wody, i jest mało skuteczny w usuwaniu trójtlenku siarki SO3.

Znany jest też sposób poddawania reakcji gazowych związków siarki oraz urządzenie do stosowania tego sposobu, z polskiego zgłoszenia patentowego nr P. 256 164. Sposób charakteryzuje się tym, że gazy spalinowe zawierające gazowe związki dwutlenku siarki wprowadza się do jednego końca podłużnej strefy reakcji, a w jednym lub kilku punktach tej strefy reakcji wprowadza się oddzielnie tlenek i/lub wodorotlenek metalu alkalicznego i/lub metalu ziem alkalicznych w postaci pylistej, oraz wodę i/lub parę wodną, zaś z drugiego końca strefy reakcji odprowadza się zawiesinę gazów spalinowych zawierającą stałe związki dwutlenku siarki. Tlenki i wodorotlenki pyliste wprowadza się wraz z gazami spalinowymi do jednego końca podłużnej strefy reakcji, a wodę i/lub parę wodną wprowadza się oddzielnie do pierwszej strefy reakcji. Do końcowej części strefy reakcji wprowadza się tlen lub gaz z tlenem korzystnie wstępnie ogrzany. Do końcowej części strefy reakcji wprowadza się gazy spalinowe o temperaturze 323 K do 1073 K, korzystnie 363 K do 473 K. Do strefy reakcji wprowadza się pylisty tlenek i/lub wodorotlenek wapnia, lub pylisty wodorotlenek wapniowo-magnezowy. Urządzenie do stosowania tego sposobu, charakteryzuje się tym, że zawiera podłużny reaktor, mający na jednym końcu wlot spalinowych gazów, a na drugim wylot tych gazów z zawiesiną stałych związków siarki, przy tym, na wlocie do reaktora są usytuowane dysze dla wprowadzenia wody i/lub pary wodnej, oraz urządzenia do oddzielnego wprowadzenia w postaci pylistej tlenku i/lub wodorotlenku metalu alkalicznego i/lub metalu ziem alkalicznych. Reaktor jest połączony z piecem i usytuowany za separatorem częstek zawartych w spalinach. Materiały pyliste wprowadza się do reaktora używając jako nośnika spalinowych gazów.

Sposób tak jak i w poprzednim zgłoszeniu wymaga stosowania suchych wodorotlenków, czystej wody i stosuje się go do usuwania, przeważnie dwutlenku siarki.

Znany jest też sposób usuwania gazowych związków siarki, a zwłaszcza dwutlenku siarki, z gazów spalinowych pieca, z polskiego zgłoszenia patentowego nr P. 256 162, charakteryzujący się tym, że do pieca, oprócz spalanego materiału zawierającego siarkę i gazu zawierającego tlen wprowadza się w postaci pyłu tlenek metalu alkalicznego i/lub tlenek metalu ziem alkalicznych i/lub odpowiedni związek ulegający w piecu przekształceniu w tlenek, taki jak węglan, lub wspomniany tlenek w postaci pyłu wprowadza się do gazów spalinowych zawierających dwutlenek siarki, uchodzących z pieca, w piecu i/lub w gazach spalinowych rozpyla się oddzielnie wodę i/lub parę wodną w celu przekształcenia tlenku w wodorotlenek, który reaguje z dwutlenkiem siarki, i wreszcie oddziela się od gazów stałe cząstki, które zawierają siarczan i ewentualnie siarczyn metalu alkalicznego i/lub metalu ziem alkalicznych, otrzymane jako produkt reakcji. Pył wprowadza się w nadmiarze stechiometrycznym. Wodę i/lub parę wodną rozpyla się, gdy temperatura spalin osiągnie 323 K do 1073 K, korzystnie 363 K do 474 K. Wodę rozpyla się w takiej ilości by mogła zostać odparowana ilością ciepła zawartą w spalinach i pochodzącą z reakcji. Do reaktora doprowadza się z zewnątrz dodatkową energię przed skierowaniem gazów spalinowych do oddzielenia od nich cząstek stałych. Jako związki w postaci pyłów wprowadza się węglan wapnia, węglan wapniowo-magnezowy i/lub odpowiadające im tlenki.

Sposób wymaga stosowania suchych proszków węglanowych lub tlenkowych, czystej wody i jego działanie ogranicza się do eliminacji dwutlenku siarki.

Celem wynalazku jest uzyskanie znacznego stopnia odsiarczania spalin i usuwania z nich zarówno dwu jak i trójtlenku siarki, a także uniknięcie kłopotliwych w stosowaniu pyłów węglanów i tlenków metali alkalicznych i innych i ograniczenie zużycia czystej wody.

Problem ten rozwiązuje sposób odsiarczania spalin w kodach parowych opalanych, zwłaszcza węglowym pyłem według wynalazku, polegający na wstępnym mieleniu kamienia wapiennego w dowolny znany sposób, a następnie wprowadzanie tego pyłu do koda i skierowanie spalin poprzez podgrzewacz powietrza do reaktora, w którym następuje dalsze odsiarczanie i skierowanie spalin poprzez elektrofiltr do komina. Sposób charakteryzuje się tym, że wapienny pył sprowadza się do koda w strefie o temperaturze od 1150 K do 1500 K, a do reaktora wprowadza się spaliny o temperaturze 360 K do 420 K i wprowadza się do reaktora zimny popiół pobrany z elektrofiltra w miejscu największej zawartości denku wapnia CaO, a dla uaktywnienia reakcji wiązania związków siarki wprowadza się, zawierające związki alkaliczne odsoliny, będące odpadem z chłodni elektrowni. Do odsolin dodaje się, zawierające związki alkaliczne, wody powrotnej z układu odżużlania. Do odsolin dodaje się roztworu wodorodenku, najlepiej wapnia i/lub sodowego. Dla regulacji, zwłaszcza obniżenia, temperatury spalin wchodzących do reaktora, do spalin w przewodzie dodaje się, najkorzystniej roztwór odsolin.

Urządzenie do odsiarczania spalin w kodach parowych, opalanych zwłaszcza węglowym pyłem, mające kocioł, ze znanym normalnym wyposażeniem, mające zasobnik kamienia wapiennego oraz młyn do mielenia tego kamienia, wentylator dla zasilającego powietrza transportującego, pył wapienny do koda, którego spaliny przechodzą do podgrzewacza powietrza, a stamtąd do reaktora, z którego spaliny przechodzą do elektrofiltra, skąd poprzez wentylator do czopucha komina, przy tym, wentylator podmuchu połączony z podgrzewaczem powietrza, zasila tym powietrzem kocioł i poprzez przewód, spaliny wchodzące do elektrofiltra, charakteryzuje się tym, że rurociąg wapiennej mączki jest połączony z kodem w miejscu, w którym spaliny mają temperaturę 1150 K do 1500 K, ponadto suchy pył z elektrofiltra, w miejscu w którym jest największy wypad denku wapnia CaO, ma połączenie z reaktorem oraz ten reaktor jest połączony rurociągiem z odsolinami będącymi odpadem z chłodni kominowych elektrowni, zawierającymi związki alkaliczne dobrze reagujące ze związkami siarki. Rurociąg zasilania kotła mączką wapienną jest zakończony dyszami usytuowanymi powyżej wlotu powietrza spalania dla tego kotła. Dysze są tak ukształtowane i umocowane, że równomiernie pokrywają mączką wapienną przekrój paleniska koda. Przewód wylotu spalin z podgrzewacza do reaktora jest połączony z doprowadzeniem roztworu odsolin.

Sposób według wynalazku pozwala na uniknięcie stosowania pyłów tlenków metali alkalicznych i/lub ziem alkalicznych, węglanów i wodorodenków. Obniża się o około 90% emisja trójtlenku siarki i ponad 50% dwutlenku siarki do atmosfery. Wprowadzenie do reaktora odsolin z chłodni kominowych elektrowni ma zasadnicze znaczenie, gdyż po pierwsze, nie wymaga stosowania w procesie odsiarczania czystej wody, będącej surowcem deficytowym, zawraca do produkcji odpad z elektrowni, który to odpad zanieczyszczał środowisko, gdyż wody zrzutowe kierowane są do rzeki. Jednocześnie, wody zrzutowe zawierają elementy, które jak się okazało, wraz z dodatkiem wody powrotnej z popiołów i niewielką ilością roztworu wodorotlenku wapniowego i/lub sodowego, mają odczyn zasadowy, a ponadto jak się okazało i co jest zaskakujące, niektóre składniki tego roztworu, mają działanie katalityczne, na łączenie się i wiązanie siarki zawartej w spalinach i wytrącanie się jej w elektrofiltrze. Wtrysk zimnego popiołu z elektrofiltra, zawierającego tlenek i wodorotlenek wapnia znacznie poprawia efekt wiązania siarki, a to dzięki temu, że wokół cząstek popiołu powstają obszary o prężności pary wodnej niższej niż w spalinach, a to przy obecności SO2 i związków alkalicznych suchych poprawia warunki reakcji wiązania siarki. W przypadku, gdy spaliny na wyjściu z reaktora będą miały temperaturę niższą od punktu rosy, na wlocie spalin do elektrofiltra zostanie doprowadzone gorące powietrze, aby temperatura spalin w elektrofiltrze wynosiła około 370 K, co zapobiegnie roszeniu w elektrofiltrze i korozji elektrofiltra i wentylatorów spalin i przewodów spalinowych.

Reasumując: wynalazek pozwala na wiązanie siarki w czasie całego cyklu przepływu spalin od kotła do komina, oczyszczanie spalin sięga 90% trójtlenku siarki i ponad 50% dwutlenku siarki. Jednocześnie ogranicza się stosowanie czystej wody, a zagospodarowuje się odpadową wodę zrzutową, zanieczyszczającą dotychczas wody okolicznych rzek, ponadto zamiast pylistych wodorotlenków, trudnych do stosowania, stosuje się ich roztwory łatwe do dodania do wód zrzutowych, które w dodatku działając katalitycznie zwiększają efektywność procesu odsiarczania spalin. Wynalazek więc nie tylko ogranicza zanieczyszczenie siarką ale i

163 166 ogranicza zanieczyszczenie środowiska wodami zrzutowymi. Wynalazek sprowadza koszty odsiarczania do minimum. Wynalazek może być stosowany zarówno w elektrowniach i kotłowniach istniejących jak i nowoprojektowanych, przy czym, dodatkowo można łatwo optymalizować działanie reaktora dzięki łatwości sterowania temperaturą wlotu spalin do reaktora przez dodatek wód zrzutowych.

Wynalazek jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania pokazanym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do odsiarczania spalin w kotłach w schemacie, fig. 2 przedstawia lokalizację wlotu dysz z pyłem wapiennym w ścianach bocznych, a fig. 3 przedstawia lokalizację dysz z pyłem wapiennym w ścianie frontowej komory paleniskowej.

W elektrowni o mocy 1600 MW w trakcie spalania węgla o zawartości siarki 0,8 do 1,2% emituje się do atmosfery 90 tysięcy t do 115 tysięcy ton tlenków siarki, co wiąże się z zanieczyszczeniem atmosfery i z wysokimi opłatami wynoszącymi ponad 250 zł za 1kg SO2, a rocznie daje to około 23 miliardów złotych opłat na rzecz ochrony środowiska. Równocześnie elektrownia emituje około 23 tysiące ton pyłu na rok, i zrzuca do rzeki 300 ton/godzinę odsolin z kominowych chłodni. Dla stosowania sposobu według wynalazku najbardziej przydamy jest kamień wapienny o wielkości ziarna od 0 - 30 mm i zawartości CaCCb - 85% korzystnie powyżej 90% i zawartości S1O2 maksimum 4,5%, przy tym, współczynnik podatności przemiałowej oznaczony metodą Hardgrove’a winien wynosić około 90°. Zaleca się przemiał wapienia na pył o 80% ziarna mniejszych od 45 μτη.

Wapienny pył wprowadza się do kotła 6, stosując jako nośnik sprężone powietrze, o prędkości około 30 m/sek i wprowadza się pył przez dysze 18 do kotła 6 w miejscu, w którym temperatura spalin wynosi od 1150 K do 1500 K. Spaliny o temperaturze około 670 K przechodzą przez podgrzewacz 8 powietrza i mając temperaturę około 400 K wchodzą do reaktora 9, z którego spaliny mające temperaturę 340 K, są podgrzewane, przez mieszanie, z powietrzem podgrzewacza 8 i wprowadzone do elektrofiltra 10 mając temperaturę 363 K do 373 K dla zapobiegnięcia roszeniu w elektrofiltrze 10. Spaliny z elektrofiltra 10, poprzez wentylator 11 spalin, są kierowane do czopucha 12 komina 13. Do reaktora 9 są wprowadzane zimne popioły z elektrofiltra 10 pobrane z miejsca, w którym wytrąca się najwięcej CaO, a także wprowadza się odsoliny z chłodni kominowych elektrowni. Odsoliny miesza się z wodą powrotną z układu odżużlania także dodaje się roztworu wodorotlenku, najlepiej wapniowego i/lub sodowego. Wodę odsolinową do reaktora 9 dodaje się w takiej ilości, aby ta woda w całości odparowała i by nie doprowadzić do zawilżenia ścian w reaktorze 9 i elektrofiltrze 10. W reaktorze 9 następuje wiązanie związków alkalicznych roztworu z wód odsolinowych i dodatków - z SO2 oraz łączenie się wody z CaO powstałym w kotle 6 i tworzenie się wodorotlenku Ca(OH)2, który reaguje z SO2. Reakcje przebiegają tym skuteczniej im temperatura w reaktorze bliższa jest temperatury punktu rosy. Regulacja temperatury w reaktorze 9 winna jednocześnie zapewnić odsiarczanie do 85%, a jednocześnie zapewnić trwałość elektrofiltra 10 i komina 13. Należy w reaktorze 9 utrzymywać temperaturę około 353 K, ajednocześnie tak regulować dopływ zimnych popiołów z elektrofiltra 10 i wtrysk mieszaniny odsolin z komponentami, by nie spowodować, jak wyżej wspomniano - roszenia, a elektrofiltr 10 i komin 13 dodatkowo chronić przez dodatek gorącego powietrza z podgrzewacza 8. Bardzo korzystne efekty odpylania i odsiarczania spalin uzyskuje się w przypadku, gdy węgiel ma zawartość popiołu poniżej 20%, a w procesie stosuje się suche powietrze.

Urządzenie do odsiarczania spalin w kotłach 6 parowych, poza normalnym wyposażeniem tych kotłów 6 w urządzenia zasilające, stanowi zasobnik 1 kamienia wapiennego, usytuowany nad młynem 2 do mielenia wapna, zaopatrzonego w wentylator 3 młynowy, który jest połączony rurociągiem 5 poprzez wlotowe dysze 18 z kotłem 6. Kocioł 6 jest połączony przewodem 19 z podgrzewaczem 8 powietrza, bezpośrednio lub przez instalację młynową, zasilaną wentylatorem

7. Ten sam podgrzewacz 8 powietrza jest połączony przewodem 20 wylotu spalin z kotła 6, a wylot spalin z podgrzewacza 8 przewodem 21 jest połączony z reaktorem 9, który łączy się przewodem 22 z elektrofiltrem 10, z którego wentylatorem 11 spaliny są wysysane i kierowane do czopucha 12 komina 13. Jednocześnie reaktor 9 jest połączony rurociągiem 17 z wtryskiem zimnego popiołu z zawartością CaO pobranego z elektrofiltra 10 i z rurociągiem 16 wprowadzającym roztwór wody odsolinowej zmieszanej z wodą powrotną z układu odżużlania i niewielkim dodatkiem wodorotlenku wapnia. Do podgrzania spalin wchodzących przewodem 22 z reaktora do elektrofiltra 10 stosuje się powietrze z podgrzewacza 8 przesłane przewodem 15. Wentylator wytwarza powietrza zarówno do zasilania koiła 6 wapieniem, przez przewód 14, młyn 2 i rurociąg 5 jak i, poprzez rurociąg 4 do rozpylania wapienia w dyszy 18. Przewód 21 wylotu spalin z podgrzewacza 8 powietrza jest połączony z doprowadzeniem 23 roztworu odsolin, dla chłodzenia spalin.

Claims (8)

1. Sposób odsiarczania spalin w kodach opalanych, zwłaszcza węglowym pyłem, polegający na wstępnym mieleniu kamienia wapiennego w dowolny znany sposób, a następnie wprowadzanie tego pyłu do kotła i skierowanie spalin poprzez podgrzewacz powietrza do reaktora, w którym następuje dalsze odsiarczanie i skierowanie spalin poprzez elektrofiltr do komina, znamienny tym, że wapienny pył wprowadza się do koda w strefie o temperaturze od 1150 K do 1500 K a do reaktora wprowadza się spaliny o temperaturze od 360 K do 420 K i wprowadza się do reaktora zimny popiół pobrany z elektrofiltra w miejscu największego skupiska CaO-denku wapnia, a dla uaktywnienia reakcji wiązania związków siarki wprowadza się, zawierające związki alkaliczne, odsoliny będące odpadem z elektrowni.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odsoliny miesza się z zawierającą związki alkaliczne wodą powrotną z układu odżużlania elektrowni.

3. Sposób według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że do odsolin dodaje się roztworu wodorodenku, najlepiej wapiennego i/lub sodowego.

4. Sposób według zastrz. 1, 2 i 3, znamienny tym, że dla regulacji, zwłaszcza obniżenia temperatury spalin wchodzących do reaktora, do spalin dodaje się w przewodzie najkorzystniej roztwór odsolin.

5. Urządzenie do odsiarczania spalin w kodach opalanych, zwłaszcza węglowym pyłem, mające kocioł ze znanym normalnym wyposażeniem, mające zasobnik wapiennego kamienia oraz młyn do mielenia wapna, wentylator dla zasilającego powietrza transportującego pył wapienny do koda, którego spaliny przechodzą do podgrzewacza powietrza, a stamtąd do reaktora, z którego spaliny przechodzą do elektrofiltra skąd poprzez wentylator do czopucha komina, przy tym, wentylator podmuchu połączony z podgrzewaczem powietrza, zasila tym powietrzem kocioł i poprzez przewód spaliny wchodzące do elektrofiltra, znamienne tym, że rurociąg (5) wapiennego pyłu jest połączony z kodem (6) w miejscu, w którym spaliny mają temperaturę 1150 K do 1500 K, ponadto suchy pył z elektrofiltru (10), w miejscu, w którym jest największy wypad denku wapnia CaO, ma połączenie (17) z reaktorem (9) oraz ten reaktor (9) jest połączony rurociągiem (16) z roztworem odsolin i wody powrotnej z układu odżużlania z dodatkiem wodorodenków wapnia i/lub sodu.

6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że rurociąg (5) transportu mączki wapiennej do koda (6) jest zakończony dyszami (18) usytuowanymi powyżej wlotu (19) powietrza spalania do tego koda (6).

7. Urządzenie według zastrz. 5 albo 6, znamienne tym, że dysze (18) są tak ukształtowane i umocowane, że równomiernie pokrywają mączką wapienną przekrój paleniska koda (6).

8. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że przewód (21) wylotu spalin z podgrzewacza (8) do reaktora (9) jest połączony z doprowadzeniem (23) roztworów odsolin.

Wynalazek dotyczy sposobu i urządzenia do odsiarczania spalin w kotłach opalanych, zwłaszcza pyłem węglowym.