PL166662B1 - Sposób obniżania emisji tlenków siarki z urządzeń kotłowych opalanych węglem niskokalorycznym, zwłaszcza brunatnym - Google Patents

Abstract

1. Sposób obniżania emisji tlenków siarki z urządzeń kotłowych opalanych węglem niskokalorycznym, zwłaszcza brunatnym, przez doprowadzenie sorbentu do komory spalania, znamienny tym, że sorbent doprowadza się do tej komory spalania za pomocą strumienia oczyszczonych z pyłów spalin, powietrza, pary wodnej lub gazów neutralnych o temperaturze 400 K lub powyżej tej temperatury, każdorazowojednak wyższej od temperatury kondensacji par H2SO4 i H2SO3, przy czym sorbent ten doprowadza się do wnętrza pierwotnych strug paliwowo-powietrznych u wlotów do komory spalania lub w ich pobliżu.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób obniżania emisji tlenków siarki do atmosfery z urządzeń kotłowych opalanych węglem niskokalorycznym, zwłaszcza brunatnym, przez doprowadzenie sorbentu do komory spalania, zwłaszcza w elektrowniach i ciepłowniach.

Siarka występująca we wszystkich rodzajach węgla przekształca się podczas spalania w dwutlenek i w trójtlenek siarki. Ze względu na szkodliwe oddziaływanie na środowisko, stężenie tlenku siarki w spalinach nie może przekroczyć określonych wartości.

Istnieje szereg metod polegających tak na zmniejszaniu zawartości siarki w paliwie wyjściowym jak i odsiarczaniu gazów spalinowych w specjalnych instalacjach. Obniżanie zawartości siarki w paliwie wyjściowym nie zawsze jednak jest możliwe, a odsiarczanie gazów spalinowych oparte głównie na zasadzie adsorbcji lub katalizy wymaga dużych nakładów na aparaturę wrażliwą na uszkodzenia oraz wiąże się z obniżaniem, a następnie podwyższaniem temperatury spalin co również jest kosztowne.

W prostszych sposobach zmniejszania emisji siarki do atmosfery sorbent w postaci pyłu kamienia wapiennego, dolomitu, tlenku lub wodorotlenku wapnia wtryskuje się do komory spalania kotła. Prowadzi to powstawania cząstek CaSO4, MgSO4, które następnie oddziela się od gazów spalinowych za pomocą istniejących urządzeń oczyszczających. Ich zasadniczą cechą jest wtrysk sorbentu za pomocą powietrza do strefy obniżonych temperatur gazu ponad obszarem spalania. Zakładają one bowiem, że optymalne warunki wiązania tlenków siarki dol CaSO4 i MgSO4 znajdują się w obszarze temperatur od 1100 K do 1500 K. W temperaturach niższych nie następuje kalcynacja najtańszych sorbentów tj. kamienia wapiennego i dolomitu i tworzenie aktywnych cząstek CaO i MgO, a w wyższych temperaturach następuje rekrystalizacja tych cząstek połączona z zanikaniem struktury porowatej i zmniejszeniem powierzchni wewnętrznej cząstek sorbentu, a więc ich dezaktywacja.

Podstawowymi wadami stosowanych dotychczas metod jest trudna realizacja techniczna oraz niskie wykorzystanie sorbentu. Trudności realizacji wynikają z konieczności doprowadzania sorbentu przez ściany komory spalania zwykle szczelnie pokryte rurami ekranowymi, co wymaga przebudowy kotła oraz z konieczności stosowania wysokich prędkości wtrysku dla uzyskania szybkiego mieszania i głębokiej penetracji strug, co z kolei zmienia strukturę przepływu i wymiany ciepła w kotle, a tym samym zakłócajego pracę. Niskie wykorzystanie sorbentu wynika z trudności dopasowania ilości sorbentu do lokalnych koncentracji tlenków siarki szczególnie w warunkach zmiennego obciążenia kotła oraz blokowania struktury porowatej sorbentu w strefie o nadmiarze tlenu związanej z powstawaniem CaSOą i MgSOą, które posiadają około trzykrotnie większą objętość molową od cząstek aktywnych CaO i MgO. Z powyższych względów rzadko udaje się tymi sposobami uzyskać wykorzystanie sorbentu przekraczające 30%.

Znane są również uproszczone odmiany tych sposobów polegające na doprowadzeniu sorbentu do kanałów powietrza wtórnego, co nie wymaga wprawdzie przebudowy kotła i dużych prędkości wtrysku ale powoduje, że sorbent znajduje się przez cały czas w strefie nadmiaru tlenu i przechodzi przez obszar najwyższych temperatur, gdyż powietrze wtórne jest silnie podgrzane. Powoduje to zwiększoną dezaktywację sorbentu i obniża jego wykorzystanie. Czynione były także próby domieszywania sorbentu do węgla i wtryskiwania go do komory wraz z węglem co opisane zostało w polskim opisie patentowym nr 125 521. Próby te dają pozytywne rezultaty tylko dla określonych węgli i sorbentów ze względu na częste wchodzenie sorbentu w związki ze składnikami mineralnymi węgla, co powoduje utratę znacznej części sorbentu i prowadzi do powstawania niskotopliwych eutektyk i szlakowania kotła. W dodatku niektóre sorbenty szczególnie najtańsze jak kamienie wapienne i dolomity są efektywnymi inhibitorami spalania i dodane do węgla poważnie utrudniają zapłon jego cząstek i ustatecznianie płomienia w komorze.

Celem wynalazku jest usunięcie opisanych niedogodności sposobów obniżania emisji tlenków siarki polegających na doprowadzeniu sorbentu do komory spalania.

Istota sposobu według niniejszego wynalazku polega na tym, że sorbent doprowadza się do komory spalania za pomocą strumienia oczyszczonych z pyłów spalin, powietrza, pary wodnej lub gazów neutralnych o temperaturze 400 K lub powyżej tej temperatury, każdorazowo jednak wyższej od temperatury kondensacji par H2SO3 i H2SO4, przy czym sorbent ten doprowadza się do wnętrza pierwotnych strug paliwowo-powietrznych u wlotów do komory spalania lub w ich pobliżu. Korzystnym jest, jeżeli doprowadzanemu sorbentowi nadaje się prędkość zbliżoną do prędkości wprowadzanej mieszaniny paliwowo-powietrznej. Korzystnym jest również, jeśli sorbent doprowadza się za pomocą wydzielonych strug gazu nośnego.

W tym przypadku cząsteczki sorbentu w czasie spalania węgla znajdują się w strefie beztlenowej i reakcje tlenków siarki z sorbentem zachodzą z utworzeniem termicznie trwałych siarczków CaS i MgS, a nie nietrwałych CaSO4 i MgSO4 jak w sposobach dotychczas znanych. Rozszerza to zakres reakcji do znacznie wyższych temperatur i zapobiega blokowaniu por. Utworzone siarczki nie ulegają utlenianiu w strefie o nadmiarze tlenu. Jednocześnie dzięki minimalizacji temperatury cząstek sorbentu przenoszonych w otoczeniu spalin o niskiej temperaturze ograniczona jest ich rekrystalizacja i dezaktywacja i możliwe jest lepsze ich wykorzystanie w późniejszych reakcjach z wytworzeniem CaSO4 i MgSO4 w strefie tlenowej. Doprowadzenie sorbentu osobnym kanałem z prędkością zbliżoną do prędkości pierwotnego strumienia węglowo-powietrznego chroni przed obniżaniem zapasu statecznej pracy palników i gwarantuje optymalizację rozdziału sorbentu w komorze spalania, tj. uzyskanie rozdziału ściśle proporcjonalnego do koncentracji węgla i powstających tlenków siarki, a jednocześnie minimalizuje zakłócenia pracy palnika. Ponadto oddzielenie doprowadzenia węgla i sorbentu chroni sorbent przed wchodzeniem w reakcję ze składnikami mineralnymi węgla, a więc nieproduktywnymi stratami i szlakowaniem komory. W rezultacie z uwagi na odmienny system reakcji, lepszą strukturę sorbentu, optymalne jego rozmieszczenie i minimalizację strat z popiołem uzyskuje się zwiększenie wykorzystania sorbentu bez zakłócenia pracy palników i kotła, a tym samym usunięcie podstawowych niedogodności znanych sposobów, przy czym sposób według wynalazku nie wymaga przeróbek kotła, a przeróbki palników są minimalne.

Ponadto stosowanie sposobu według wynalazku powoduje dodatkowo pewne obniżenie emisji tlenków azotu przez recyrkulację spalin o niskiej temperaturze używanych do transportu sorbentu.

Sposób obniżania emisji siarki może być stosowany w palnikach o spalaniu warstwowym lub dwustopniowym stosowanych do obniżania emisji tlenków azotu, nadaje się więc on do kompleksowych rozwiązań emisji toksycznych składników spalin przez elektrownie i elektrociepłownie.

Sposób według wynalazku przedstawiony jest w poniższych przykładach.

Przykład I. Do palnika strumieniowego składającego się z szeregu dysz doprowadzających do komory spalania pierwotną mieszaninę paliwowo-powietrzną i powietrze wtórne wprowadza się do środka strug paliwowo-powietrznych za pomocą centrycznie umieszczonych lanc na wlocie do komory spalania sorbent w postaci zawiesiny w spalinach o temperaturze około 400 K z prędkością zbliżoną do prędkości wlotu mieszaniny paliwowo-powietrznej.

Przykład Π. Do palnika wirowego wytwarzającego koncentrycznie wirujące warstwy paliwowo-powietrzną i powietrza wtórnego wtryskuje się do obszaru tworzącego bogatą strefę spalania sorbent w postaci zawiesiny w spalinach. Wtrysk odbywa się za pomocą koncentrycznego kanału z zawirowaczem, tworzącego wyodrębnioną warstwę, z prędkością zbliżoną do prędkości mieszaniny paliwowo-powietrznej.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób obniżania emisji tlenków siarki z urządzeń kotłowych opalanych węglem niskokalorycznym, zwłaszcza brunatnym, przez doprowadzenie sorbentu do komory spalania, znamienny tym, że sorbent doprowadza się do tej komory spalania za pomocą strumienia oczyszczonych z pyłów spalin, powietrza, pary wodnej lub gazów neutralnych o temperaturze 400 K lub powyżej tej temperatury, każdorazowo jednak wyższej od temperatury kondensacji par H2SO4 i H2SO3, przy czym sorbent ten doprowadza się do wnętrza pierwotnych strug paliwowo-powietrznych u wlotów do komory spalania lub w ich pobliżu.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że doprowadzanemu sorbentowi nadaje się prędkość zbliżoną do prędkości wprowadzanej mieszaniny paliwowo-powietrznej.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sorbent doprowadza się za pomocą wydzielonych strug gazu nośnego.