PL170621B1 - Method of and apparatus for selectively reducing no contained in flue gases of firing furnaces - Google Patents

Abstract

1 Sposób selektywnej redukcji NO zawartego w gazach wylotowych instalacji piecowej do wypalania, z wykorzystaniem amoniaku, który wprowadza sie do gazów wylotowych zawieraja- cych NO w obecnosci tlenu O2 1 w temperaturze miedzy 700°C a 1100°C, znamienny tym, ze ciekly amoniak dostarcza sie w funkcji zawartosci NO w gazach wylotowych przeznaczonych do oczyszczenia, do punktu zbiorczego gdzie miesza sie go ze stru- mieniem wody i tworzy sie wode amoniakalna, zanim doprowa- dzony zostaje do gazów zawierajacych NO, przy czym cisnienie hydrauliczne i objetosciowe natezenia przeplywu cieklego amo- niaku i wody do punktu zbiorczego oraz przeplyw wody amo- niakalnej z punktu zbiorczego reguluje sie za pomoca oddzielnych pomp pompujacych ciekly amoniak i wode do punktu zbiorczego 7 Urzadzenie do selektywnej redukcji NO zawartego w gazach wylotowych instalacji piecowej do wypalania, z wykorzy- staniem amoniaku wprowadzanego do gazów wylotowych zawie- rajacych NO, w obecnosci tlenu O2 i w temperaturze miedzy 700°C a 1100°C, znamienne tym, ze zawiera zbiornik (2) na ciekly amoniak, zbiornik na wode (3), rury (19, 20, 21) dla transportu amoniaku i wody odpowiednio do punktu (11) i dla transportu mieszaniny wody amoniakalnej z tego punktu do miejsca, w któ- rym jest ona wprowadzana do gazów wylotowych, pompy (7, 8) przed punktem zbiorczym (11) dla oddzielnego pompowania wody i cieklego amoniaku do punktu zbiorczego (11), wymiennik ciepla (13) dla chlodzenia mieszaniny wody amoniakalnej, oraz srodki ro z p y la ja c e (15) d la wtryskiwania mieszaniny wody amoniakalnej do gazów wylotowych Fig . 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób selektywnej redukcji NO zawartego w gazach wylotowych instalacji piecowej do wypalania, za pomocą amoniaku, według którego to sposobu amoniak wprowadza się do gazów wylotowych zawierających NO przy obecności tlenu (O2) i w temperaturze między 700 i 1100°C. Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do realizacji tego sposobu.

170 621

Sposób tego rodzaju znany jest z opisu patentowego US nr 3 900 554. Opis ten przedstawia wspomniany sposób bardzo ogólnie, z uwzględnieniem niezbędnych ilości amoniaku i tlenu, które muszą się znajdować w zakresie temperatur. w których ma zajść reakcja. Jednakże w tym opisie patentowym nie przedstawiono rozwiązania nadającego się do praktycznego zastosowania tego sposobu.

Przy stosowaniu tego sposobu pojawia się szereg problemów. Na przykład. podczas używania ciekłego amoniaku ze zbiornika ciśnieniowego. w którym to zbiorniku amoniak jest normalnie utrzymywany w temperaturze wrzenia, amoniak dąży do wyparowania podczas transportu do miejsca zastosowania. które zwykle znajduje się na wyższym poziomie niż zbiornik. co z kolei poza problemami związanymi z kawitacją. powoduje utrudnienie kontroli prędkości dostarczania amoniaku do gazów wylotowych. Problem ten można w prosty sposób rozwiązać przez zwiększenie ciśnienia hydraulicznego amoniaku. na przykład za pomocą pompy. jednak wymaga to ponownego zmniejszenia ciśnienia. na przykład w dyszy dostarczającej amoniak. Jednak okazało się. że dysza wykorzystana do wtryskiwania amoniaku do gazów wylotowych ma ograniczony czas działania.

Eksperyment praktyczny wykazał dalej. że wprowadzenie czystego amoniaku do gazu wylotowego nie prowadzi do redukcji zawartości NO. a przeciwnie. zawartość NO wzrasta pod wpływem spalania amoniaku w kanale z gazem wylotowym. powodując przyrost cząsteczek NO.

Ponadto okazało się. że trudno jest osiągnąć jednolity i stały przepływ amoniaku do oczyszczanych gazów wylotowych. odpowiedni rozdział amoniaku do gazów wylotowych. a także trudno jest dostarczyć amoniak do gazów wylotowych w miejscu. w którym temperatura i zawartość tlenu są optymalne są dla reakcji chemicznych.

Jeden z sugerowanych sposobów rozwiązania problemów z rozdzielaniem. wykorzystuje parowanie i rozcieńczanie amoniaku w silnym strumieniu powietrza. który doprowadzany jest do kilku punktów rozpylających. Jednak rozwiązanie to posiada inną wadę. polegającą na tym. że ilość powietrza w systemie pieca wzrasta. Rozwiązanie to również powoduje ryzyko. że część amoniaku może się spalić. zwiększając powstawanie cząstek NO. jako wynik wysokiej zawartości procentowej tlenu w pewnych miejscach. prowadząc do niskiej wydajności wykorzystania amoniaku. Potrzebna jest również duża ilość ciepła dla odparowywania. a odparowywacz jest bardzo złożonym i drogim aparatem.

Wydajność wykorzystania amoniaku określona jest jako stosunek liczby cząsteczek NO usuwanych w jednostce czasu do liczby cząsteczek NH3 dostarczanych w jednostce czasu.

Inny znany sposób rozwiązywania problemów rozdzielania polega na użyciu amoniaku zmieszanego z wodą. ponieważ ciekła mieszanina takaj ak woda amoniakalna. może być w prosty sposób równomiernie dostarczana i rozprowadzana z dużą wydajnością do gazów wylotowych tak. że uzyskiwana jest wysoka wydajność wykorzystania amoniaku. Ponadto. amoniak nie spali się. co spowodowałoby tworzenie się NO. dzięki rozcieńczeniu wodą. Jednak wadą tego rozwiązania jest względnie wysoki koszt wody amoniakalnej. między innymi ze względu na użycie wody destylowanej do jej wytwarzania. a zatem ten sposób uzyskiwania amoniaku jest bardzo drogi. Poza tym. koszt transportu 1 kg NH3 z miejsca wytwarzania do miejsca wykorzystaniajest względnie wyższy dla wody amoniakalnej niż dlaciekłego amoniaku. Ponadto. kolejna wada polega na tym. że koncentracja amoniaku jest ściśle określona i nie może być zmieniana w czasie procesu.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i urządzenia do redukcji NO zawartego w gazie wylotowym za pomocą ciekłego amoniaku. przy którym to sposobie unika się wyżej wspomnianych wad. osiągając jednocześnie wyższą wydajność wykorzystania amoniaku i niski koszt amoniaku.

Według wynalazku. cel został osiągnięty przy zastosowaniu sposobu przedstawionego na wstępie. który charakteryzuje się tym. że ciekły amoniak. w zależności od zawartości NO w gazach wylotowych przeznaczonych do czyszczenia. jest dostarczany do punktu zbiorczego. gdzie jest mieszany ze strumieniem wody. tworząc wodę amoniakalną. zanim zostanie wprowadzony do gazów zawierających NO. Ciśnienie hydrauliczne i objętościowe natężenia przepływu

170 621 ciekłego amoniaku i wody do punktu zbiorczego oraz przepływ wody amoniakalnej z punktu zbiorczego są kontrolowane za pomocą oddzielnych pomp dla pompowania ciekłego amoniaku i wody do punktu zbiorczego.

Dzięki zmieszaniu ciekłego amoniaku z wodą taką jak woda wodociągowa, ściekowa i/lub zużyta, przed jego wprowadzeniem do gazów wylotowych, jak zaleca się według wynalazku, osiąga się wyższą wydajność wykorzystania amoniaku i większą redukcję zawartości NO w porównaniu ze znanym sposobem, ponieważ amoniak nie ulegnie spaleniu i nie wzrasta ilość powstających cząstek NO, po rozcieńczeniu z wodą. Sposób wykorzystuje lepszą zdolność uzyskiwania zadowalającego rozdziału amoniaku w gazach wylotowych bez użycia większej ilości powietrza prowadzącego do nadmiernego zużycia dysz wtryskowych. Dalszą zaletą sposobu według wynalazku jest to, że można użyć ciekłego amoniaku o jakości technicznej, używanego dla celów rolniczych, co jest rozwiązaniem najtańszym, a koszty materiału i transportu są niskie w porównaniu z kosztami związanymi z użyciem wody amoniakalnej dostarczanej ze źródła zewnętrznego w stanie końcowym. Użycie amoniaku, gdy jest on jeszcze w stanie ciekłym, powoduje przede wszystkim stały dopływ amoniaku (stała ilość kg NH3 na godz.). Jeśli natomiast wybrany został sposób polegający na dostarczaniu wody amoniakalnej, może dojść do zmian w czasie w dostarczaniu NH3, w razie zmian stosunku mieszaniny woda/amoniak.

Dalszą zaletą jest to, że koncentracja NH3 może być ciągle zmieniana dla uzyskania optymalnej wydajności wykorzystania do oczyszczania z NO.

Mieszanina amoniaku i wody jest korzystnie chłodzona w wymienniku ciepła, natychmiast po ich zmieszaniu.

Ponadto korzystne jest to, że dostarczanie amoniaku i wody do punktu zbiorczego kontrolowane jest w taki sposób, że stosunek wagowy mieszaniny woda/amoniak wynosi od 90/10 do 60/40, a zwłaszcza od 85/15 do 75/25. Jednak, według tego wynalazku, nie jest konieczne uzyskanie dokładnie tego samego stosunku amoniak/woda za każdym razem. Można dostarczać stałą ilość wody przy zmiennej ilości amoniaku, uzależnionej od ilości usuwanego NO zawartego w gazach wylotowych.

Dla uzyskania najlepszego rozdziału amoniaku w gazach wylotowych i optymalnej redukcji NO w gazach, korzystne jest według wynalazku to, że mieszanina amoniaku i wody doprowadzana jest do gazów wylotowych przez dysze rozpylające i, że sprężone powietrze doprowadzane jest do wody amoniakalnej przed jej dostarczeniem do gazów wylotowych.

Urządzenie do realizacji sposobu według wynalazku zawiera zbiornik na ciekły amoniak; zbiornik na wodę; rury doprowadzające amoniak i wodę do punktu zbiorczego i doprowadzające mieszaninę wody amoniakalnej bezpośrednio z tego punktu dalej do miejsca, gdzie jest wprowadzana do gazów wylotowych; pompy przed punktem zbiorczym dla oddzielnego pompowania wody i wody amoniakalnej do punktu zbiorczego; wymiennik ciepła dla chłodzenia mieszaniny wody amoniakalnej; oraz środki rozpryskowe dla dodawania mieszaniny wody amoniakalnej do gazów wylotowych.

Zauważono, że woda amoniakalna jest najlepiej rozdzielana w gazach wylotowych, jeśli jest rozpryskiwana w gazach za pomocą dyszy, do której doprowadzane jest sprężone powietrze. Ponadto, urządzenie zawiera korzystnie dyszę rozpryskującą sprężonego powietrza i źródło sprężonego powietrza.

Dysza sprężonego powietrza zawiera korzystnie rurowy kanał dla transportu wody amoniakalnej i otaczający go kanał pierścieniowy, który jest zamknięty na końcu i przystosowany do transportu sprężonego powietrza, otwór wylotowych i kilka otworów połączeniowych między dwoma kanałami, w oddaleniu od otworu wylotowego, dla umożliwienia wtryskiwania sprężonego powietrza do wody amoniakalnej.

Przedmiot wynalazku zostanie objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie według wynalazku, fig. 2 - dyszę sprężonego powietrza, która jest zastosowana w sposobie według wynalazku, fig. 3 - przykład urządzenia, w którym przeprowadza się sposób według wynalazku, a fig. 4 przedstawia inny przykład urządzenia, w którym przeprowadza się sposób według wynalazku.

170 621

Urządzenie 1 przedstawione na fig. 1 zawiera zbiornik ciśnieniowy 2 dla przechowywania ciekłego amoniaku, zbiornik na wodę 3 zawierający wodę dostarczaną ze źródła zasilającego przez zawór zamykający 5, dwie pompy 7, 8 dla transportowania odpowiednio ciekłego amoniaku i wody, zawór tłumiący 9, punkt zbiorczy albo komorę mieszania 11 dla mieszania amoniaku i wody, wymiennik ciepła 13 dla ochładzania wody amoniakalnej, dysze rozpylające 15, 15' dla wtryskiwania wody amoniakalnej do gazów wylotowych w kanale 16 z gazami wylotowymi, źródło sprężonego powietrza 17 i kanały 19, 21 i 22.

Na figurze 2 przedstawionajest dysza sprężonego powietrza 15, która może być korzystnie użyta dla rozpryskiwania wody amoniakalnej do gazów wylotowych. Dysza rozpylająca 15 zawiera rurowy kanał 31 dla transportu wody amoniakalnej, otaczający go kanał pierścieniowy 32, zamknięty na końcu i przeznaczony do transportu sprężonego powietrza, otwór wylotowy 33 i kilka otworów połączeniowych 34, 34' między tymi dwoma kanałami.

Na figurze 3 przedstawiono przykład urządzenia piecowego 41 przeznaczonego do wypalania żużla cementowego, w którym może być zastosowany bardzo korzystnie sposób według wynalazku. Urządzenie to wyposażone jest w sprzęt dostosowujący temperaturę jak i poziom O2 do optymalizacji wydajności oczyszczania, bez dodatkowego wpływania na pojemność albo wydajność urządzenia. Jak przedstawiono na fig. 3, urządzenie piecowe 41 zawiera tor odpylaczy odśrodkowych 42 z czterema odpylaczami środkowymi, piec do kalcynacji wstępnej 43, obrotowy piec 44, ochładzacz żużla 45 i wentylator 46.

Zasadniczo, woda amoniakalna z urządzenia 1 może być rozpryskiwana do gazów wylotowych w dwóch miejscach, w miejscu wychodzenia gazów wylotowych z pieca kalcynacji wstępnej 43 urządzenia piecowego przez kanał z gazem 47, albo w miejscu wychodzenia gazów wylotowych z pieca obrotowego 44 urządzenia piecowego, przez kanał gazów wylotowych 48.

Na figurze 4 przedstawiono przykład urządzenia piecowego 51, które jest również używane do wypalania żużla cementowego, przy którym omawiany sposób może być wykorzystany. To urządzenie piecowe zawiera dwa tory odpylaczy odśrodkowych 52, 52', każdy wyposażony w cztery odpylacze odśrodkowe, piec do kalcynacji wstępnej 54, ochładzacz żużla 55 i dwa wentylatory 46,46'. W tym urządzeniu piecowym, wtryskiwanie wody amoniakalnej z urządzenia 1 może zachodzić w elementach 57 i 58.

Tlen wymagany w reakcji wstępuje w gazie wylotowym. Można przyjąć, że piec pracuje z normalną nadwyżką powietrza, pozostawiając 1-3% tlenu w punkcie, w którym wtryskiwana jest woda amoniakalna. Powietrze wprowadzane podczas rozpryskiwania ma tak małe masowe natężenie przepływu w porównaniu do masowego natężenia przepływu spalin, że nie zwiększa w istotny sposób zawartości procentowej O2.

170 621

Fig.2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób selektywnej redakcji NO zawartego w gazach wylotowych instalacji piecowej do wypalania, z wykorzystaniem amoniaku, który wprowadza się do gazów wylotowych zawierających NO w obecności tlenu O2 i w temperaturze między 700°C a 1100°C, znamienny tym, że ciekły amoniak dostarcza się w funkcji zawartości NO w gazach wylotowych przeznaczonych do oczyszczenia, do punktu zbiorczego gdzie miesza się go ze strumieniem wody i tworzy się wodę amoniakalną, zanim doprowadzony zostaje do gazów zawierających NO, przy czym ciśnienie hydrauliczne i objętościowe natężenia przepływu ciekłego amoniaku i wody do punktu zbiorczego oraz przepływ wody amoniakalnej z punktu zbiorczego reguluje się za pomocą oddzielnych pomp pompujących ciekły amoniak i wodę do punktu zbiorczego.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wodę dostarcza się do punktu zbiorczego w postaci słabego jednolitego strumienia.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że mieszaninę amoniaku i wody, natychmiast po wymieszaniu chłodzi się w wymienniku ciepła.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że wprowadzanie amoniaku i wody do punktu zbiorczego reguluje się tak, że osiąga się stosunek wagowy woda/amoniak w mieszaninie od 90/10 do 60/40.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że stosunek wagowy woda/amoniak w mieszaninie utrzymuje się od 85/15 do 75/25.
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że wodę amoniakalną wprowadza się do gazów wylotowych poprzez dyszę rozpylającą.
7. 7. Urządzenie do selektywnej redukcji NO zawartego w gazach wylotowych instalacji piecowej do wypalania, z wykorzystaniem amoniaku wprowadzanego do gazów wylotowych zawierających NO, w obecności tlenu O2 i w temperaturze między 700°C a 1100°C, znamienne tym, że zawiera zbiornik (2) na ciekły amoniak; zbiornik na wodę (3); rury (19, 20, 21) dla transportu amoniaku 1 wody odpowiednio do punktu (11) i dla transportu mieszaniny wody amoniakalnej z tego punktu do miejsca, w którym jest ona wprowadzana do gazów wylotowych; pompy (7, 8) przed punktem zbiorczym (11) dla oddzielnego pompowania wody i ciekłego amoniaku do punktu zbiorczego (11); wymiennik ciepła (13) dla chłodzenia mieszaniny wody amoniakalnej; oraz środki rozpylające (15) dla wtryskiwania mieszaniny wody amoniakalnej do gazów wylotowych.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że środki rozpylające zawierają dyszę rozpylającą (15) sprężonego powietrza i źródło sprężonego powietrza (17).
9. 9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że dysza rozpylająca (15) sprężonego powietrza zawiera kanał rurowy (31) transportujący wodę amoniakalną i mający otwór wylotowy (33) oraz otaczający go kanał pierścieniowy (32), który jest zamknięty na końcu dla transportu sprężonego powietrza, jak również zawiera otwory połączeniowe (34, 34') między dwoma kanałami (31, 32), oddalone od otworu wylotowego (33).