PL168065B1

PL168065B1 - Sposób i urzadzenie do calkowitego suchego odsiarczania gazów spalinowych PL

Info

Publication number: PL168065B1
Application number: PL91294363A
Authority: PL
Inventors: Fritz Schoppe; Josef Proestler
Original assignee: Fritz Schoppe
Priority date: 1990-08-17
Filing date: 1991-08-14
Publication date: 1995-12-30
Also published as: HU9201372D0; HUT63074A; RU2089270C1; DE59105451D1; EP0496856A1; CZ287790B6; US5317979A; CN1034788C; EP0496856B1; WO1992003211A1; CS119392A3; HU212098B; PL294363A1; MX9100704A; CN1061916A

Abstract

1. Sposób calkowitego suchego odsiarczania gazów spalinowych zawierajacych SO 2 i lotny popiól, powstaja- cych przy spalaniu pylu weglowego 1 innych, zawieraja- cych popiól, paliw, znamienny tym, ze aktywuje sie popiól lotny nagrzewajac zawierajacy popiól pyl weglowy lub podobny w plomieniu z predkoscia nagrzewania powyzej 3000°C/s, korzystnie 5000°C/s do temperatury powyzej 900°C, korzystnie 1200°C, jednak ponizej panujacej w plomieniu w czasie przetrzymywania, temperatury spie- kania popiolu, a nastepnie schladza sie gazy odlotowe do temperatury znajdujacej sie w pewnym odstepie od punktu rosy wody, przy czym najwyzsza dopuszczalna wartosc tego odstepu temperatur jest uzalezniona od czasu przetrzymywania gazów odlotwych po schlodzeniu az do wydzielenia drobnych frakcji pylowych nastepu- jaco: przy czasie przetrzymywania 0,8 s odstep tempera- tur nie przekracza 25°C. przy czasie przetrzymywania 0,1 s odstep temperatur nie przekracza 11°C, a przy war- tosciach posrednich odpowiada wartosciom otrzyma- nym z interpolacji liniowej. 7. Urzadzenie do calkowitego suchego odsiarczania gazów spalinowych zawierajacych SO 2 1 pyly, znamienne tym, ze zawiera rozbiezna mufle (17) palnika z osadzona na niej od strony wlotu kom ora zawirowania, z umie- szczonym w niej wirnikiem lopatkowym (13) z promie- niowymi lopatkami kierujacymi, które posiadaja kat spi- rali wzgledem obwodu zawierajacy sie pomiedzy 6° 1 12°, a korzystnie pomiedzy 8° a 10°, 1 z laczaca sie od strony wylotu z mufla (17) palnika zbiezna dysza przyspiesza- jaca (19), przy czym srednica (D 2) wylotu mufli (17) palnika jest 2,07-krotme wieksza od srednicy (D1 ) wlotu mufli (17) palnika, srednica (D 3) wylotu . . . . F IG .1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do całkowitego suchego odsiarczania gazów spalinowych zawierających lotny popiół lub pyły i SO2.

W szczególności sposób dotyczy całkowitego suchego odsiarczania gazów spalinowych powstających przy spalaniu węgla, zwłaszcza przy spalaniu węgla brunatnego, przy którym odlotowe gazy spalinowe zawierają lotny popiół.

Sposób dotyczy poza tym odsiarczania zawierających SO2 gazów odlotowych powstających przy spalaniu innych paliw, które zamiast lotnego popiołu zawierają domieszkę pyłu o porównywalnych 'opisanych poniżej właściwościach.

Przy suchym' odsiarczaniu często się zdarza, że proces odsiarczania przebiega w temperaturze znajdującej się w takim odstępie od punktu rosy 'gazów spalinowych, aby przy pracy dołączonych dalszych części instalacji (odpylacz, komin) nie występowała kondensacja.

Do pełnego odsiarczania wykorzystuje się' dotychczas wyłącznie sposoby mokre, w których gazy spalinowe doprowadza się do kontaktu z cieczami absorpcyjnymi, na przykład z ługiem potasowym. Niekorzystny jest przy tym fakt, że gazy spalinowe opuszczają ten etap sposobu całkowicie lub prawie całkowicie nasycone wilgocią, co powoduje korozję i tworzenie się narostów na następnych częściach instalacji, czemu można przeciwdziałać przez ponowne nagrzewanie gazów odlotowych.

Znane są również suche sposoby odsiarczania, w których do komory spalania wdmuchiwany jest na przykład CaCO3. Rozkłada się on w temperaturze około 900°C na CaO reagujący częściowo z SO2 i SO3. W ten sposób można osiągnąć stopień odsiarczania wynoszący około 80%, jednak niemożliwe jest odsiarczenie całkowite. Bliższe tego celu' są sposoby odsiarczania, w których gazy odlotowe wraz z lotnym popiołem i/lub dodanymi absorbentami schładzane są do temperatury w pobliżu punktu rosy odlotowych gazów spalinowych, lub w· których punkt rosy dzięki dodaniu wody lub pary wodnej zostaje odpowiednio podwyższony, jak na przykład w niemieckich opisach patentowych DE 32 40 373 lub DE 33 32 928. Występuje przy tym oddziaływanie zwłaszcza ostatniej części procesu chłodzenia gazów spalinowych polegające na tym, że do gazu odlotowego dodaje się uprzednio · ochłodzony w inny sposób lotny popiół i/lub absorbenty, 1 wspólnie w dalszym ciągu ochładza. Osiąga się przy tym chłodzenie do temperatury znajdującej się nie mniej niż 5°C powyżej punktu rosy, przy czym osiągnięty w ten sposób stopień odsiarczenia może

168 065 wynosić 90% lub więcej. Całkowite odsiarczenie tym sposobem nie jest dotychczas znane. Inny suchy sposób odsiarczania opisany jest w czasopiśmie ZKG 3/1990 str. 139-143. W tym przypadku zawierające SO2 gazy odlotowe przepuszczane są przez warstwę zawiesiny zawierającą Ca/OH/2 i cpme^lkouzonv z Tmmnpmtnrz w<aWwv Tawipeimr iitr7vmmp etę wiz Izp^śurprlniAi vo<aiw tt ΑΛη J aJ ννιιινιιι· -β. νιιιρζνι uvvti γ »t v »t j ł-αλ. τ» j v* ii ł-j m v*j w uiy ·τ «_» vŁ.|zvyui vsłiiivj bliskości punktu rosy wody, zwłaszcza stosuje się temperaturę roboczą około 65°C, przy punkcie rosy zawierającym się między 58° i 61°C. Niezależnie od złożoności aparatury, zużycie energii i absorbentów, takie odsiarczanie powoduje jedynie obniżenie zawartości SO2 do 423 mg/m_n ³. Poza tym niekorzystne jest to, że bliskość punktu rosy powoduje powstawanie narostów i ze pozostająca zawartość SO2 powoduje korozję przyłączonych innych części instalacji. Przez dalsze zmniejszenie odstępu od punktu rosy, które w granicznym przypadku wynosi tylko 65° - 61° = 4°C można nieco poprawić odsiarczanie, jednakże przy dużych problemach związanych z korozją i tworzeniem się narostów. Również w przypadku tego sposobu nie jest możliwe prowadzenie całkowitego 1 suchego procesu odsiarczania.

Sposób całkowitego suchego odsiarczania gazów spalinowych zawierających SO2 i lotny popiół, powstających przy spalaniu pyłu węglowego i innych, zawierających popiół, paliw, charakteryzuje się według wynalazku tym, że aktywuje się popiół lotny nagrzewając zawierający popiół pył węglowy lub podobny w płomieniu z prędkością nagrzewania powyżej 3000°C/s, korzystnie 5000°C/s, do temperatury powyżej 900°C, korzystnie 1200°C, jednak poniżej panującej w płomieniu w czasie przetrzymywania, temperatury spiekania popiołu, a następnie schładza się gazy odlotowe do temperatury znajdującej się w pewnym odstępie od punktu rosy wody, przy czym najwyższa dopuszczalna wartość tego odstępu temperatur jest uzależniona od czasu przetrzymywania gazów odlotowych po schłodzeniu aż do wydzielenia drobnych frakcji pyłowych następująco: przy czasie przetrzymywania 0,8 s odstęp temperatur nie przekracza 25°C, przy czasie przetrzymywania 0,1 s odstęp temperatur nie przekracza 11°C, a przy wartościach pośrednich odpowiada wartościom otrzymanym z interpolacji liniowej.

Korzystnie niezbędne przekroczenie granicy dopuszczalnego odstępu temperatur od punktu rosy osiąga się w ten sposób, że gazy odlotowe schładza się przez kontakt z chłodniejszymi powierzchniami aż do punktu rosy zawartej w gazach wilgoci atmosferycznej wraz z wilgocią powstałą w wyniku spalania.

Korzystnie punkt rosy gazów spalinowych podwyższa się przez dodanie wody lub pary wodnej.

Sposób całkowitego suchego odsiarczania zawierających SO2 gazów spalinowych powstających przy spalaniu paliw nie zawierjaących popiołu lub zawierających niewielkie ilości popiołu polega według wynalazku na tym, że do płomienia wdmuchuje się w postaci rozdrobnionej odpowiednie absorbenty, na przykład mączkę z wapienia, następnie ich cząstki aktywuje się nagrzewając w płomieniu z prędkością nagrzewania powyżej 3000°C/s, korzystnie 5000°C/s, do temperatury powyżej 900°C, korzystnie 1200°C, jednak poniżej ustalającej się w płomieniu w czasie przetrzymywania temperatury spiekania absorbentów lub popiołu oraz schładza się gazy odlotowe do temperatury znajdującej się w pewnym odstępie od punktu rosy wody, przy czym najwyższa dopuszczalna wartość tego odstępu temperatur jest uzależniona od czasu przetrzymywania gazów odlotowych po schłodzeniu aż do wydzielenia drobnych frakcji pyłowych popiołu następująco: przy czasie przetrzymywania 0,8 s odstęp temperatury nie przekracza 25°C, przy czasie przetrzymywania 0,1 s odstęp temperatury nie przekracza 11°C, a przy wartościach pośrednich odpowiada wartościom otrzymywanym z interpolacji liniowej.

Urządzenie do całkowitego suchego odsiarczania gazów spalinowych zawierających SO2 i pyły, odznacza się według wynalazku tym, że zawiera rozbieżną muflę palnika z osadzoną na niej od strony wlotu komorą zawirowania, z umieszczonym w niej wirnikiem łopatkowym z promieniowymi łopatkami kierującymi, które posiadają kąt spirali względem obwodu zawierający się

168 065 pomiędzy 6° i 12°, a korzystnie pomiędzy 8° a 10°, i z łączącą się od strony wylotu z muflą palnika zbieżną dyszą przyspieszającą, przy czym średnica wylotu mufli palnika jest 2,07-krotnie większa od średnicy wlotu mufli palnika, średnica wylotu dyszy przyspieszającej jest 1,035-krotnie większa od średnicy wlotu mufli palnika, długość komory zawirowania stanowi 0,58 średnicy wlotu mufli palnika a długość mufli palnika stanowi 4,35 średnicy wlotu mufli palnika oraz zawiera, połączoną z wylotem dyszy przyspieszającej płomienicę, której średnica stanowi 4,14 średnicy wlotu mufli palnika, której długość stanowi 11,4 średnicy wlotu mufli palnika albo prostokątną komorę paleniska o takiej samej średnicy hydraulicznej jak płomienica i chłodnicę z pierwszym zespołem rurowym, którego każda z rur ma średnicę wewnętrzną stanowiącą. 0,23 średnicy wlotu mufli palnika, przy czym swobodna powierzchnia całkowita przekroju poprzecznego wszystkich rur stanowi 2,72 powierzchni przekroju poprzecznego wlotu o określonej średnicy, mufli palnika i z drugim zespołem rurowym, którego każda rura ma średnicę wewnętrzną stanowiącą około 0,06 średnicy wlotu mufli palnika i które razem mają swobodną powierzchnię przekroju poprzecznego, stanowiącą 2,03 powierzchni przekroju poprzecznego wlotu o określonej średnicy mufli palnika.

Korzystnie poniżej wylotu palnika po czołowej stronie płomienicy znajduje się przynajmniej jeden otwór wlotowy dla powietrza spalania.

Korzystnie na czołowej ścianie płomienicy poniżej wylotu palnika znajdują się otwory wlotowe dla pary lub sprężonego powietrza.

Korzystnie wyloty gazów odlotowych z płomienicy znajdują się na przeciwległym do wylotu palnika jej końcu.

Korzystnie wyloty gazów odlotowych w płomienicy ukształtowane są w postaci otworów w dolnym obszarze płomienicy połączonych z rurami dołączonego za nimi pierwszego zespołu rurowego.

Korzystnie rury pierwszego zespołu rurowego zaopatrzone są w dysze nadmuchowe do wdmuchiwania powietrza spalania.

Sposób według wynalazku, poniżej opisany jest na przykładzie odsiarczania gazów odlotowych powstających przy odsiarczaniu reńskiego węgla brunatnego.

Paliwo to znane jest z literatury. Jego popiół zawiera często 30 - 50% związków Ca i Mg, które podczas spalania kalcynowane są do CaO i MgO i dają w sposób powyżej opisany połączenia z SO2 i SO3. Wiadomo przy tym, że już w ten sposób można osiągnąć stopień odsiarczania wynoszący 20 - 50%. Porównywalne gatunki węgla brunatnego pochodzą na przykład z Saksonii, Węgier oraz krajów pozaeuropejskich. W tych przypadkach szczególnie przydatny jest sposób według wynalazku. Jest on opisany na przedstawionym poniżej przykładzie spalania reńskiego węgla brunatnego. Pył węgla brunatnego spalany jest w ten sposób, że szybkość jego nagrzewania jest większa od wartości krytycznej 3000°C/s i że osiąga on temperaturę co najmniej 900°C, korzystnie 1200°C. Dzięki temu następuje silna aktywacja powierzchni powstających przy spalaniu cząstek popiołu, która zależnie od prędkości nagrzewania utrzymuje się w czasie do 10 s, a następnie powoli zmniejsza się. Aktywność powierzchniowa jest tym większa, im większa jest prędkość nagrzewania. Korzystnie parametry osiąga się przy prędkości powyżej 5000°C/s . Największą chłonność SO2 cząstki popiołu mają wtedy, kiedy osiągają temperaturę powyżej 1200°C, jednakże nie są nagrzane do tego stopnia, aby następowało stopienie Fe 2O3 lub innych zanieczyszczeń łatwo wykrywalnych przy mikroskopowej obserwacji cząstek popiołu.

Gazy odlotowe ze spalania chłodzi się następnie w znany sposób, na przykład w kotle. Zazwyczaj ze względu na instalację odpylającą utrzymuje się temperaturę wody zasilającej i komina poniżej 130-150°C.

Według wynalazku gazy spalinowe ochładzane są w dalszym ciągu. aż do osiągnięcia określonego poniżej odstępu temperatury od punktu rosy wody zawartej w gazach spalinowych, przy czym odstęp temperatury zależy od tego, jak długo gazy spalinowe i zawarty w nich popiół lotny utrzymywane są w temperaturze wyższej o mniej niż 25°C od punktu rosy wody. Dla czasów przebywania w tym obszarze temperatur wynoszących 0,8.- s n nalżży a^zy odlotowe ochłodzi ć d o temperatury znajdującej się o mniej niż 25°C powyżej punktu rosy. Przy krótkim czasie pozostawania we wspomnianym zakresie temperatur zmniejsza się niezbędny odstęp od punktu rosy, do którego ochłodzone muszą być gazy spalinowe. Dla czasów pozostawania we wspomnianym

168 065 zakresie temperatur wynoszących 0,05-0,1 s należy zapewnić schłodzenie gazów spalinowych do temperatury znajdującej się o 11° powyżej punktu rosy. Parametry pośrednie otrzymuje się przez interpolację liniową.

nr /4A1 στπiτ orołi^^r nunl+n r*z\o\7 xi7xmnOTOPPrm 7^ - /ΙΛθΛ¹ x τ Ł/y £-7Χ χν^,ι uvz.vmu w uui gi uur^ vuoiypu ινιιιρνι uiui y uu x c&y g y ~r\j v_następuje szybkie wiązanie SO2; ewentualnie występujący SO3 jest już zaabsorbowany i nie stanowi problemu. Przy przekraczaniu granicy odstępu od punktu rosy wynoszącego 10° - 25°, zależnie od czasu pozostawania we wspomnianym obszarze temperatur, SO2 jest wiązany ilościowo. Tym samym osiąga się odsiarczanie zupełne.

Początek wiązania siarki można rozpoznać z zewnątrz na podstawie barwy popiołu. W przypadku reńskiego węgla brunatnego jest on zwykle żółtawy do ochrowego, z odchyleniami w kierunku odcieni brązowych. Na początku wiązania siarki popiół przybiera barwę zieloną. Przy dozorowaniu eksploatowanego w ten sposób kotła lub dołączonej za nim chłodnicy gazów odlotowych zauważa się często delikatny osad pyłu na wszystkich powierzchniach zewnętrznych. Jeżeli osad ten jest żółtawy, w kolorze ochry lub brązowawy, oznacza to, że nie osiągnięto jeszcze nominalnych parametrów powyżej wspomnianego początku wiązania SO 2. Rozpoznanie początku wiązania następuje dopiero po pojawieniu się popiołu zielonego. Część SO2 jest przy tym wiązana chemicznie, zielone zabarwienie popiołu świadczy o występowaniu związków żelaza. Jeśli taki popiół przetrzymać przez kilka godzin w zamkniętym pojemniku, to po otwarciu łatwo można zauważyć występowanie typowego zapachu SO2. Często występuje również czysto fizyczna absorpcja powierzchniowa, która w miarę upływu czasu może słabnąć. Przy nagrzewaniu popiołu do 250° - 300°C występuje reakcja egzotermiczna popiołu z powietrzem atmosferycznym z jednoczesnym zużywaniem O2 i popiół przybiera wtedy ponownie swój typowy charakterystyczny kolor ochrowo-brązowy. Przy tym pojawia się również łatwo wyczuwalny zapach SO2. Wpływ czasu przetrzymywania oznacza, że przy wiązaniu SO2 szczególnie aktywne są drobne cząstki popiołu. Im dłuższy jest czas przetrzymywania, tym większe cząstki popiołu biorą udział w reakcji.

Sposób według wynalazku może mieć zastosowanie również do innych gazów spalinowych zawierających SO2 lecz nie zawierających składników podobnych do składników pyłu ze spalania reńskiego węgla brunatnego. W tych przypadkach podobne drobnoziarniste ciała stałe można dodawać w procesie spalania, przy czym konieczne jest zapewnienie aktywacji powierzchniowej według wynalazku.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie sposób zgodny z wynalazkiem, fig. 2 - palnik do ogrzewania kotła w ujęciu schematycznym i w przekroju wzdłużnym, a fig. 3 - kocioł wodny ogrzewany za pomocą palnika w ujęciu schematycznym i w przekroju wzdłużnym.

Na figurze 1 przedstawiono schemat sposobu. Powietrze 1 spalania, jak również powietrze nośnik, transportujące pył węglowy 2 doprowadzane są w znany sposób do palnika 3 ogrzewającego kocioł 4. Celowe jest włączenie za kotłem 4 oddzielacza odśrodkowego dla nadziarna. Za nim włączona jest chłodnica 6 zaopatrzona we wloty i wyloty czynnika chłodzącego. Według wynalazku czynnik chłodzący dobiera się w znany sposób tak, aby stykające się z gazami odlotowymi powierzchnie zewnętrzne ścian przekazujących ciepło miały temperaturę zawierającą się pomiędzy punktem rosy i temperaturą, poniżej której absorbowany jest SO2. W szczególności chłodnica 6 może mieć postać chłodnicy rurowej, w której gazy odlotowe przepływają przez rury utrzymywane w potrzebnej temperaturze w wyniku zewnętrznego opływu wody. Za chłodnicą 6 w znany sposób włączone jest drobnoziarniste urządzenie odpylające 7, na przykład filtr tkaninowy. Odpylone gazy odlotowe opuszczają drobnoziarniste urządzenie odpylające 7 przez odprowadzenie 8 gazów spalinowych.

Oddzielony popiół opuszcza instalację przez urządzenia odprowadzające 9a i 9b.

Znajdująca się po stronie gazów odlotowych pojemność rur chłodnicy 6, przewód 10 łączący chłodnicę 6 i drobnoziarniste urządzenie odpylające 7, jak również znajdująca się po stronie gazów zawierających pył objętość tego urządzenia odpylającego wyznaczają czas przetrzymywania gazów wraz z popiołem, a przynajmniej z jego najdrobniejszą frakcją, w takim przedziale temperatur, w którym zachodzi absorpcja SO2. Ten czas przetrzymywania określa się w znany sposób, na podstawie wielkości przepływu gazów odlotowych i danych objętości.

Ί

Utrzymywanie powierzchni wszystkich elementów stykających się z gazami odlotowymi i popiołem w temperaturze powyżej punktu rosy gazów spalinowch jest zgodne ze stanem techniki.

Stosowanie oddzielacza odśrodkowego 5 nie ma bezpośredniego znaczenia dla sposobu. Może ono hvć celowe dla oddzielania ewentualnie ieęzcze nłonąceoo nadziarna m/łu w/polouzpgo Tego wydajność separacyjna ograniczona jest jednak, zgodnie ze znanymi zależnościami konstrukcyjnymi dla oddzielaczy odśrodkowych, tak że na jego wyjściu znajduje się jeszcze dostateczna ilość najdrobniejszej frakcji popiołu. Wystarczająca ilość tej najdrobniejszej frakcji popiołu oznacza, że przy mniejszych ilościach nie są spełnione wszystkie warunki procesu i absorpcja SO2 przestaje być całkowita.

Istotne dla procesu jest osiągnięcie odpowiedniej prędkości nagrzewania cząstek pyłu węglowego przed spalaniem i podczas niego. W odnośnych podręcznikach techniki cieplnej podawane są warunki osiągnięcia niezbędnych prędkości nagrzewania, czyli czasów przetrzymywania. Często jednakże w podręcznikach mowa jest nie o samym czasie przetrzymywania, lecz o wydajności komory spalania. Wiadomo jednak, że jest ona odwrotnie proporcjonalna do czasu przetrzymywania. Szczególnie korzystne jest stosowanie kombinacji palników dużej mocy z odpowiednimi komorami spalania, zwanych często zespołami komory spalania, o ile tylko te urządzenia spełniają praktyczne wymagania opalania pyłem węglowym. Szczególnie korzystny jest przy tym palnik 3 przedstawiony na fig. 2. Do palnika w znany sposób doprowadzane jest powietrze 1 spalania oraz powietrze - nośnik, transportujące pył węglowy 2. Strumień powietrza 1 spalania w przestrzeni zbiorczej 12 jest regularny 1 następnie otrzymuje składową obrotową ruchu w wirniku łopatkowym 13, przez który to powietrze 1 spalania przechodzi do rozszerzającej się mufli 17 palnika tworzącej w dalszym ciągu część 18 chłodzoną wodą, do której przylega dysza 19 przyspieszająca płomień. Do mufli palnika wprowadzona jest lanca 20 dla pyłu węglowego, na której końcu zamocowany jest kołpak zwrotny 21.

Dla mocy ogrzewania wynoszącej 3,9 MW według wynalazku stosuje się następujące, przedstawione na fig. 2 wymiary palnika: średnica D1 wlotu mufli 17 palnika wynosi 338 mm, średnica D 2 wylotu mufli 17 palnika wynosi 700 mm, średnica D 3 wylotu dyszy przyspieszającej 19 wynosi 350 mm, długość L1 komory zawirowania wynosi 197 mm, długość L2 rozszerzającej się mufli 17 palnika wynosi 1470 mm, długość L3 dyszy przyspieszającej 19 wynosi 850 mm.

Korzystne jest, jeśli łopatki kierujące wirnika 13 ukształtowane są w postaci spirali logarytmicznej o kącie spirali względem obwodu zawierającym się pomiędzy 6° i 12 °, korzystnie 8° do 10°.

Dzięki takiemu doborowi wymiarów otrzymuje się w przedstawionej na fig. 2 mufli palnika przepływ o specjalnym zawirowaniu, przy czym na rysunku zaznaczone są tylko jego składowe przelotowe. Sumują się one ze składowymi obwodowymi w ten sposób, ze strumień na obwodzie zewnętrznym ma względem tworzącej kąt nachylenia wynoszący około 45°.

Przy wspomnianym doborze wymiarów osiąga się dwa rodzaje efektów:

-Stabilność płomienia: powstaje przyścienny wzdłużny strumień od średnicy D1 do średnicy D 2. Następuje przy tym oddzielenie promieniowe do wnętrza około połowy objętości strumienia i powstanie strumienia wstecznego wzdłuż lancy dla pyłu węglowego, przez przekrój o średnicy D1 aż do obszaru łopatek kierujących wirnika 13. Tu następuje ponowne odchylenie promieniowe strumienia w kierunku na zewnętrz i jego przepływ, wspólnie ze świeżo doprowadzonym powietrzem, przez średnicę D2. Pomiędzy strumieniem wzdłużnym i wstecznym powstaje strefa bardzo intensywnych turbulencji, w której stabilizuje się płomień.

Pył węglowy 2 zostaje wprowadzony w strumieniu korzystnie stałych ilości powietrzanośnika i za pomocą kołpaka zwrotnego 21 odwrócony w przepływ wsteczny.

Pod działaniem otaczającego płomienia składniki lotne pyłu węglowego odparowują i tworzą wraz z powietrzem 1 spalania płomień gazowy, płonący wraz z pozostałym pyłem węglowym w płomieniu na wylocie 22. Płomień osiąga w podanych warunkach prędkość około 100 m/s, która ma istotne znaczenie dla oczyszczania komory spalania.

-Emisje: podane wymiary i parametry zapewniają emisje gazów spalinowych znacznie poniżej wartości granicznych zgodnych z normami dla powietrza w Niemczech.

Na figurze 3 przedstawiono szczególnie odpowiedni dla sposobu według wynalazku kocioł, będący w tym przypadku kotłem do ogrzewania wody.

168 065

Korpus kotła 30 o średnicy D 4 i długości L4 zaopatrzony jestw płomienicę 31 o średnicy D 5 oraz doprowadzenie 32 dla zimnej wody przewodu powrotnego oraz odprowadzenia 33 i 34 dla podgrzanej wody przepływającej do przewodu roboczego. W ten sposób zapewnia się chłodzenie umrłnA wo Π z 0 em nfK ^elZi^a w«7 nno 1 nnv*a7r 7nna w mK^f r7p γ7π1ζ nkrnujev 1

Ό viusv juu m· n iw^dj λ— su v*sss z wat. c aa*-* Λ*c^^.Jz·'^*a a* a. · · ι^^.ζ. ji.c...,. ---1 — — i wprowadza płomień jskośnie w dół do drugiego końca płomienicy, w której w dolnym obszarze znajdują się wyloty 36 gazów odlotowych do pierwszego zespołu rurowego.

Poniżej palnika umieszczona jest przynajmniej jedna dysza nadmuchowa 35, przez którą możliwe jest wdmuchiwanie Zo płomienicy około 15% strumienia powietrza spalania w celu zapewnienia powietrza do spalania, jak również zdmuchiwania osadów popiołu. Dysze nadmuchowe 35 mogą być połączone w kombinacji z urządzeniami wdmuchującymi dla sprężonego powietrza lub pary, jeżeli zanieczyszczenia pyłu węglowego mogłyby powodować tworzenie osadów w płomienicy.

Dzięki stosowaniu opisanych środków osiąga się to, ze płomiemca pozostaje stale czysta, co korzystne jest Zla sposobu według wynalazku, gdyż dzięki temu możliwe jest zapewnienie kontrolowanych zależności temperaturowych. Osady popiołu lub żużlu w płomienicy zakłócałyby proces nagrzewania i powodowały zmiany temperatur.

Ponieważ spalanie pyłu węglowego odbywa się aż do pierwszego zespołu rurowego, to korzystne jest zaopatrzenie każdej z rur 37 tego zespołu w dyszę nadmuchową 38, przez którą możliwe jest wdmuchiwanie dodatkowego powietrza 39, w ilości do 15% ilości powietrza spalania, Zo każdej z rur 37 zespołu przewadóą rurowych. Te strumienie powietrza zapewniają równocześnie utrzymywanie w czystości obszaru wlotowego pierwszego zespołu rurowego.

Przy zadanej mocy kotła wynoszącej około 3,5 MW, odpowiadającej mocy grzania około 3,9 MW, w sposobie według wynalazku jest poza tym korzystne zastosowanie w charakterze pierwszego zespołu rurowego 25 rur 37 o średnicy 88,9 X 5 mm. Zapewniają one osiągnięcie prędkości wystarczających do zapobieżenia osadzaniu popiołu w rurach pierwszego zespołu rurowego, również przy obniżeniu mocy. Z drugiej strony te prędkości nie są na tyle wielkie, aby powodować w górnym obszarze obciążeń kotła efekty dynamiczne wynikające z oddziaływania masy gazu w rurach z sprężystością objętości gazu zawartego w przestrzeni płomienicy 31. Przy zmniejszeniu poniżej pewnego poziomu prędkości transportu gazów odlotowych w rurach 37 pierwszego zespołu rur, możliwe jest powstawanie w tych rurach osadów popiołu, które mają możliwość poruszania się w zwężonym świetle rur i przy każdorazowym dojściu do końca rury powodują powstanie impulsu ciśnienia utrudniając dokładną regulację ilości powietrza spalania.

Przy wspomnianym doborze wymiarów rur 37 pierwszego zespołu rur osiąga się tylko ograniczone schładzanie gazów odlotowych, Zo około 500°C, dzięki czemu w tym zespole rurowym gazy te przetrzymywane są wystarczająco długo i przy poziomie temperatury odpowiednim dla doprowadzenia do końca reakcji spalania. Otrzymuje się w ten sposób korzystne dla sposobu według wynalazku parametry popiołu.

W przedniej komorze zwrotnej 40 ochłodzone do około 500°C gazy odlotowe doprowadzane są do rur 41 drugiego zespołu rurowego, w którym zależnie od mocy kotła i temperatury wody w jego dolnym obszarze schładzane są do temperatur 110° do 150°C.

Ze względu, na powyżej opisane uwarunkowania, zwłaszcza, z jednej strony transportowanie popiołu, a z drugiej - zapobieganie efektom dynamicznym, korzystne jest stosowanie w sposobie według wynalazku, w drugim zespole rurowym 288 rur o średnicy 30 X 5 mm.

Wychodzące z rur 41 schłodzone gazy odlotowe kierowane są Zo rury odprowadzającej 42. Korzystne jest, jeżeli jest ona umieszczona poprzecznie względem osi kotła, przy czym gazy odlotowe wprowadzane są do niej stycznie. W ten sposób osiąga się to, że nigdzie na całej długości rury odprowadzającej 42 nie powstają martwe strefy wodne powodujące osadzanie się popiołu.

Tak więc całe przedstawione na fig. 3 urządzenie z palnikiem, płomienicą, poszczególnymi zespołami rurowymi i rurą odprowadzającą jest urządzeniem samaczyszcząJym się i przy eksploatacji pozostaje zupełnie czyste. Jest to dużą zaletą· sposobu według wynalazku, gdyż w ten sposób cały popiół pozostaje w gazach odlotowych i ma powtarzalne właściwości.

Urządzenie przedstawione na fig. 3 ma tę samą moc i praktycznie ten sam współczynnik sprawności również przy spalaniu innych paliw pylistych, jak na przykład pyłu węgla kamiennego, pyłu drzewnego itp., jak również przy spalaniu paliw ciekłych i gazowych.

168 065

Przy stosowaniu sposobu według wynalazku do odsiarczania gazów odlotowych na przykład paliw ciekłych dokonuje się wdmuchiwania w znany sposób do mufli palnika absorbentów, na przykład sproszkowanego wapienia, przy czym ich ilości i obróbkę dobiera się na podstawie znanych odnośnych zasad techniki.

Jedną z korzystnych właściwości przedstwionego na fig. 3 urządzenia, zwłaszcza mufli 17 palnika i płomienicy 31 jest to, że parametry przepływu w nich w pierwszym przybliżeniu nie zależą od liczby Reynoldsa. Oznacza to, że wymiary mufli i płomienicy przy obliczeniach dla innych mocy grzewczych można otrzymać przez przeliczenie ze współczynnikiem równym pierwiastkowi ze stosunku mocy. Przy tym należy zauważyć, ze system palnika według fig. 2 nie ma ograniczenia mocy od góry, moc ta zadana jest raczej przez sposób przygotowania i reaktywność danego paliwa. Przy wzroście mocy można zatem w znany sposób dobierać odpowiednio większe prędkości płomienia, przy czym po przeprojektowaniu na większą moc urządzenie będzie nieco mniejsze, niz wynikałoby to z reguły przeliczania proporcjonalnie do pierwiastka ze stosunku mocy. Taka zależność odpowiada stanowi techniki.

Pierwszy zespół rurowy oraz drugi zespół rurowy pracują w obszarach liczb Reynoldsa, dla których spadek temperaturyjest w zasadzie funkcją tylko stosunku długości do średnicy wewnętrznej danej rury. Chcąc przy przeliczeniu na inne moce osiągnąć te same temperatury gazów odlotowych na wyjściu kotła, oblicza się w znany sposób sumę przekrojów rur odpowiednio do stosunku mocy, przy czym suma stosunków długości rur do ich średnic wewnętrznych pozostaje stała. Dzięki temu wymiary i przepustowość rury danego zespołu rurowego jest określona jednoznacznie przez reguły teorii przepływu. Nie są przy tym potrzebne żadne dodatkowe zależności wymiarowe.

Jeżeli przedstawione na fig. 3 urządzenie musi spełniać również inne wartości graniczne zgodne z normami dla powietrza, zwłaszcza odnoszące się do NOx i CO, to jest korzystne, aby średnica D 5 płomienicy 31 wynosiła 1400 mm a długość L5 tej płomienicy 31 była równa 3850 mm. Otrzymuje się stąd średnicę kotła 30 wynoszącą D4 = 2600 mm i długość kotła wynoszącą L4 = 4100 mm.

Przykład technologiczny realizacji sposobu według wynalazku.

Moc kotła	3,50 MW
Moc paleniska.	3,84 MW
Współczynnik sprawności kotła.	0,91
Paliwo łużycki pył węgla brunatnego Wartość opałowa.	20,84 MJ/kg
Zawartość siarki·	0,8 %
Zawartość azotu	0,9 %
Zawartość popiołu	6,5 %
Wilgotność	9,0 %
Przepustowość węgla	0,2495 kg/s
Powietrze do transportu pyłu węglowego	0,14 kg/s
Powietrze spalania	2,20 kg/s
Powietrze ogółem	2,34 kg/s
Ciśn dmuchawy powietrza spalania	103 hPa
Ciśn dmuchawy powietrza transportu pyłu	146 hPa
Ciśn statyczne w komorze spalania	42hPa
Ciśn statyczne na wyjściu z kotła	12hPa
Ciśn. statyczne na wyjściu z chłodnicy	5hPa
Ciśn statyczne na wyjściu z filtra spalin	1hPa
Temperatura na wyjściu z komory spalania	880°C
Temperatura na wyjściu z kotła	130°C
Temperatura na wyjściu z chłodnicy	50°C
Temperatura na wyjściu z filtra	45°C

168 ©65

Zastosowano palnik Schoppe-Brenner typ 6.31 według wynalazku oraz kocioł płomienicowy zgodny z wynalazkiem:

Piomiemca -Kanał-spalin -Kanał spalin Chłodnica odsiarczania Chłodnica średnica 1400 mm, długość 3850 mm rur o średnicy oeon^lszrtJJ 78,9 mm i o ^ugości 3700 mm 288 rur o średnicy o·eonętrzneJ 23 mm i o d^u^c^śs^i 4100 mm 225 rur o średmcy wewnętrznej 23 mm i o dłuj-cosc 2800 mm

-temperatura wody na wlocie	—	40°C	—
-temperatura wody na wylocie	—	68°C	—
-przepustowość wody	—	1,66 kg/s	—

Emisje za filtrem, odniesione do 7% O 2 według wytycznych utrzymania czystości powietrza w RFN:

co,	= 45 m^/m³
NO,	— — = oo 1 mg/ mi
SO2	= 0
CO₂	= 13,2%
Punkt rosy	= 33°C

Zastosowany kocioł pracował na stanowisku doświadczalnym zgłaszającego jako bezciśnieniowy kocioł parowy. Wytwarza on około 1,91 kg/s pary nasyconej o ciśnieniu 960 hPa z wody zasilającej o temperaturze 8°C.

Cel wynalazku w postaci całkowitego odsiarczenia gazów odlotowych został osiągnięty.

FIG. 2

168 065

168 ®65

FIG.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,50 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób caSko witego suche go odsiarczania gazów spalinowych zawierających SO2 i lotn y popiół, powstających przy spalaniu pyłu węglowego i innych, zawierających popiół, paliw, znamienny tym, że aktywuje się popiół lotny nagrzewając zawierający popiół pył węglowy lub podobny w płomieniu z prędkością nagrzewania powyżej 3000°C/s, korzystnie 5000°C/s do temperatury powyżej 900°C, korzystnie 1200°C, jednak poniżej panującej w płomieniu w czasie przetrzymywania, temperatury spiekania popiołu, a następnie schładza się gazy odlotowe do temperatury znajdującej się w pewnym odstępie od punktu rosy wody, przy czym najwyższa dopuszczalna wartość tego odstępu temperatur jest uzależniona od czasu przetrzymywania gazów odlotwych po schłodzeniu aż do wydzielenia drobnych frakcji pyłowych następująco: przy czasie przetrzymywania 0,8 s odstęp temperatur nie przekracza 25°C, przy czasie przetrzymywania 0,1 s odstęp temperatur nie przekracza 11°C, a przy wartościach pośrednich odpowiada wartościom otrzymanym z interpolacji liniowej.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że niezbędne przekroczenie granicy dopuszczalnego odstępu temperatur od punktu rosy osiąga się w ten sposób, że gazy odlotowe schładza się przez kontakt z chłodniejszymi powierzchniami aż do punktu rosy zawartej w gazach wilgoci atmosferycznej wraz z wilgocią powstałą w wyniku spalania.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że punkt rosy gazów spalinowych podwyższa się przez dodanie wody lub pary wodnej.
4. Sposób całkowitego suchego odsiarczania gazów spalinowych zawierających SO2 powstających przy spalaniu paliw me zawierających popiołu lub zawierających niewielkie ilości popiołu, znamienny tyra, że do płomienia wdmuchuje się w postaci rozdrobnionej odpowiednie absorbenty, na przykład mączkę z wapienia, następnie ich cząstki aktywuje się nagrzewając w płomieniu z prędkością nagrzewania powyżej 3000°C/s, korzystnie 5000°C/s, do temperatury powyżej 900°C, korzystnie 1200°C, jednak poniżej ustalającej się w płomieniu w czasie przetrzymywania temperatury spiekania absorberów lub popiołu oraz schładza się gazy odlotowe do temperatury znajdującej się w pewnym odstępie od punktu rosy wody, przy czym najwyższa dopuszczalna wartość tego odstępu temperatur jest uzależniona od czasu przetrzymywania gazów odlotowych po schłodzeniu aż do wydzielenia drobnych frakcji pyłowych popiołu następująco: przy czasie przetrzymywania 0,8 s odstęp temperatury nie przekracza 25°C, przy czasie przetrzymywania 0,1 s odstęp temperatury nie przekracza 11°C, a przy wartościach pośrednich odpowiada wartościom otrzymanym z interpolacji liniowej.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że niezbędne przekroczenie granicy dopuszczalnego odstępu temperatur od punktu rosy osiąga się w ten sposób, ze gazy odlotowe schładza się przez kontakt z chłodniejszymi powierzchniami aż do punktu rosy zawartej w gazach wilgoci atmosferycznej wraz z wilgocią powstałą w wyniku spalania.
6. Sposób według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że punkt rosy gazów spalinowych podwyższa się przez dodanie wody lub pary wodnej.
7. Urządzenie do całkowitego suchego odsiarczania gazów spalinowych zawierających SO2 i pyły, znamienne tym, że zawiera rozbieżną muflę (17) palnika z osadzoną na niej od strony wlotu komorą zawirowania, z umieszczonym w niej wirnikiem łopatkowym (13) z promieniowymi łopatkami kierującymi, które posiadają kąt spirali względem obwodu zawierający się pomiędzy 6° i 12°, a korzystnie pomiędzy 8° a 10°, i z łączącą się od strony wylotu z muflą (17) palnika zbieżną dyszą przyspieszającą (19), przy czym średnica (D2) wylotu mufli (17) palnika jest 2,07-kratzie większa od średnicy (D1) wlotu mufli (17) palnika, średnica (D3) wylotu dyszy przyspieszającej (19) jest 1,035-krotni.e większa od średnicy (D1) wlotu mufli (17) palnika, długość (L1) komory zawirowania stanowi 0,58 średnicy (D1) wlotu mufli (17) palnika a długość (L 2) mufli (17) palnika stanowi 4,35 średnicy (D1) wlotu mufli (17) palnika oraz zawiera, połączoną z wylotem (22) dyszy przyspie168 065 szającej (19) płomienicę (31), której średnica (D5) stanowi 4,14 średnicy (D1) wlotu mufli (17) palnika i której długość (L5) stanowi 11,4 średnicy (D1) wlotu mufli (17) palnika albo prostokątną komorę paleniska o takiej samej średnicy hydraulicznej jak płomienica (31) i chłodnię z pierwszym zespołem rurowym, którego każda z rur (37) ma średnicę wewnętrzną sianowiącą 0,23 środnicy (Di) wlotu mufli (17) palnika, przy czym swobodna powierzchnia całkowita przekroju poprzecznego wszystkich rur (37) stanowi 2,72 powierzchni przekroju poprzecznego wlotu o średnicy (D1) mufli (17) palnika i z drugim zespołem rurowym, którego każda rura (41) ma średnicę wewnętrzną, stanowiącą około 0,06 średnicy (D1) wlotu mufli (17) palnika i które razem mają swobodną powierzchnię przekroju poprzecznego, stanowiącą 2,03 powierzchni przekroju poprzecznego wlotu o średnicy (D1) mufli (17) palnika.
8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że poniżej wylotu (22) palnika po czołowej stronie płomienicy (31) znajduje się przynajmniej jeden otwór wlotowy dla powietrza spalania.
9. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że na czołowej ścianie płomienicy (31) poniżej wylotu (22) palnika znajdują się otwory wlotowe dla pary lub sprężonego powietrza.
10. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że wyloty (36) gazów odlotowych z płomienicy (31) znajdują się na przeciwległym do wylotu (22) palnika jej końcu.
11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że wyloty (36) gazów odlotowych w płomienicy (31) ukształtowane są w postaci otworów w dolnym obszarze płomienicy (31) połączonych z rurami (37), dołączonego za nimi pierwszego zespołu rurowego.
12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że rury (37) pierwszego zespołu rurowego zaopatrzone są w dysze nadmuchowe (38) do wdmuchiwania powietrza spalania.