PL190656B1

PL190656B1 - Sposób obróbki gazu spalinowego

Info

Publication number: PL190656B1
Application number: PL98325896A
Authority: PL
Inventors: Shinichiro Kotake; Kazuaki Kimura; Kazumitsu Suzuki; Naohiko Ukawa; Toru Takashina
Original assignee: Mitsubishi Heavy Ind Ltd
Priority date: 1997-04-21
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 2005-12-30
Also published as: EP1182400A1; CN1387940A; KR100287634B1; CZ291726B6; CZ117898A3; TR199800736A3; CN1205913A; EP0873777B1; KR19980081553A; TR199800736A2; CN1192816C; EP0873777A3; PL325896A1; JP3676032B2; DE69816509D1; JPH10290919A; DK0873777T3; TW410169B; ID20175A; ES2200233T3

Abstract

1 . Sposób obróbki gazu spalinow ego, zaw ierajacego przynajmniej tlenki azotu i tlenki siarki, polegajacy na wtryskiwaniu do gazu spalinow ego am oniaku w etapie odazotow ania w ilosci potrzebnej do ro zlo zenia tlenków azotu obecnych w gazie spalinow ym , a nastepnie na w prow adzaniu gazu spalinow ego opuszczajacego etap odazotow ania do strefy w ejsciow ej obszaru w iezy absorp- cyjnej, w którym kontaktuje sie go na zasadzie gaz-plyn z plynem absorbujacym dla usuniecia przynajm niej tlen- ków siarki poprzez absorpcje do plynu absorbujacego w etapie odsiarczania, z n am ien n y ty m , ze am oniak wtryskuje sie do gazu spalinow ego w etapie odazotow ania i/lub po etapie odazotow ania w ilosci nadm iarow ej, prze- kraczajacej ilosc potrzebna do rozlozenia tlenków azotu obecnych w gazie spalinow ym , przez co w gazie spalino- wym w prow adzanym do etapu odsiarczania pozostaje am oniak lub sól amonowa, przy czym do strefy w yjscio- wej obszaru wiezy absorpcyjnej, w którym w etapie od- siarczania kontaktuje sie gaz spalinow y na zasadzie gaz- plyn z plynem absorbujacym , w tryskuje sie plyn (J) m aja- cy m niejsza w artosc pH, czyli w yzsza kw asow osc niz plyn absorbujacy, co utrudnia uw alnianie am oniaku do fazy gazowej, zas am oniak pozostajacy w gazie spalinow ym wprow adzanym do etapu odsiarczania absorbuje sie w wiezy absorpcyjnej F I G. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki gazu spalinowego, zawierającego przynajmniej tlenki azotu i tlenki siarki.

Ze stanu techniki jest znany sposób obróbki gazu spalinowego, prowadzony za pomocą konwencjonalnego układu do obróbki gazu spalinowego jak przedstawiono na pos. I i fil.

W tego rodzaju znanym sposobie, dla usunięcia tlenków azotu, tlenki siarki (zwykle dwutlenku siarki) i pyłu (pyłu lotnego) obecnego w gazie spalinowym wyładowywanym z kotła elektrowni cieplnej lub podobnej, nie obrobiony gaz spalinowy A wyładowany z kotła (nie pokazanego na pos. I) jest najpierw wprowadzany do zespołu odazotowywującego 2 zainstalowanego w obudowie kotła 1, przez co tlenki azotu obecne w gazie spalinowym ulegają rozkładowi. Zespół odazotowywujący 2 powoduje rozkład tlenków azotu odpowiednio do katalitycznego sposobu redukcji amoniakiem z zastosowaniem katalizatora. W etapie tym konwencjonalnie stosuje się wtryskiwanie amoniaku B do gazu spalinowego w ilości prawie

190 656 równej ilości równoważnej potrzebnej do odazotowania. Ilość amoniaku doprowadzana do dolnej strony zespołu odazotowywującego 2 występuje w ilości tak niewielkiej jak około 5 części na milion.

Następnie gaz spalinowy jest wprowadzany do grzejnika 3 powietrza (lub wymiennika ciepła) również zainstalowanego w obudowie kotła 1. Tym samym ciepło zostaje odzyskane z gazu spalinowego i wykorzystane do ogrzania powietrza C dostarczonego do kotła. Konwencjonalnie, jako grzejnik powietrza 3 stosowano wymiennik ciepła tak zwanego typu Ljungstroma.

Gaz spalinowy opuszczający grzejnik 3 powietrza jest następnie prowadzony poza obudowę kotła 1 i kanał spalin 4, i wprowadzany do suchego elektrostatycznego zespołu wytrącającego 5, zainstalowanego na zewnątrz obudowy kotła 1. W tym elektrostatycznym zespole wytrącającym 5 przechwytuje się i usuwa pył obecny w gazie spalinowym.

W przypadku kotła opalanego olejem, amoniak może również być wtryskiwany do gazu spalinowego w kanałe spalin 4 tak, ze można przechwytywać trójtlenek siarki (SO3) występujący w gazie spalinowym jako siarczan amonu [(NH^SO^ w elektrostatycznym zespole wytrącającym 5. Z drugiej strony, w przypadku kotła opalanego węglem, w gazie spalinowym występuje duża ilość pyłu takiego jak popiół lotny, tak że SO3 obecny w gazie spalinowym nie tworzy szkodliwej mgły (cząsteczki o wielkości mniejszej od mikronowej), jednakże pozostaje w stanie skondensowanym na cząstkach pyłu i przechwytywany w elektrostatycznym zespole wytrącającym 5 i wieży adsorpcyjnej 8, która będzie opisana poniżej. Tak więc, w przypadku kotła opalanego węglem ogólnie pomija się wtryskiwanie amoniaku do komina 4.

Następnie, gaz spalinowy opuszczający elektrostatyczny zespół wytrącający 5 jest prowadzony przez kanał spalin 6 i wprowadzany do sekcji odzyskiwania ciepła (lub wymiennika ciepła) 7 grzejnika gaz-gaz, gdzie zostaje odzyskane z niego ciepło. Następnie gaz spalinowy jest wprowadzany do wieży absorpcyjnej 8 służącej jako środek odsiarczający. W tej wieży absorpcyjnej 8 gaz spalinowy jest kontaktowany na zasadzie gaz-płyn z płynem absorbującym mającym zawieszony absorbent (np. kamień wapienny) (poniżej nazywany szlamem absorbentu), tak że do szlamu absorbentu jest absorbowany głównie SO2 obecny w gazie spalinowym, a ponadto pozostały pył jest również przechwytywany przez szlam absorbentu. W zbiorniku znajdującym się przy dnie wieży absorpcyjnej 8 szlam mający zaabsorbowany SO2 jest utleniony do utworzenia gipsu jako produktu pośredniego według następujących reakcji obejmujących reakcję zobojętnienia.

(Zbiornik absorpcyjny) SO2 + H2O -> H+ + HSO3'	(1)
(Zbiornik)
H+ + HSO3 -> 2H+ + SO4²'	(2)
2H+ + SO42- + CaCO₃ + H2O -> CaSO4 · 2H2O + CO2	(3)
Następnie gaz spalinowy, z którego usunięto SO2 i podobne	w wieży absorpcyjnej słu-

żącej jako zespół odsiarczający jest przepuszczany przez sekcję ponownego ogrzewania 9 grzejnika gaz-gaz, gdzie zostaje ogrzany do temperatury korzystnej do emisji do atmosfery przez zastosowanie ciepła odzyskanego w sekcji odzyskiwania ciepła 7. Następnie gaz spalinowy jest wprowadzany do dolnej części głównego korpusu 13 komina za pomocą kanału spalinowego 10, wentylatora 11 i następnego kanału spalinowego, i ostatecznie wyładowany jako obrobiony gaz spalinowy D z górnego otworu głównego korpusu 13 komina do atmosfery. Wentylator 11 dostarcza gaz spalinowy pod ciśnieniem tak, aby przeciwdziałać stracie ciśnienia powodowanej przez wyposażenie, i ewentualnie umożliwia emitowanie gazu spalinowego do atmosfery przez główny korpus komina 13. Konwencjonalnie, oddzielnie od głównego korpusu wentylatora zainstalowano silnik 11a .W tymi samymi celu możnai zuiinstalować inny podobny wentylator na górnej stronie wieży absorpcyjnej 8.

Ponadto w układzie tym pożądana wysokość 1 głównego korpusu komina 13 ponad ziemią jest określona odpowiednio do stężeń tlenków azotu i tlenków siarki pozostających w obrobionym gazie spalinowym D i stężenia pozostającego w nim pyłu, tak aby spełnić normy dotyczące emisji do atmosfery. Przykładowo, na bazie konwencjonalnych osiągów (to jest

190 656 stopnia odazotowania trochę większego niż 80% i stopnia odsiarczenia trochę większego niż 80%), dla elektrowni klasy 150 MW ogólnie wymaga się wysokości 1 około 150 m. W tym przypadku obszar gruntu potrzebnego do zainstalowania komina łącznie z obramowaniem 14 dla podparcia i wzmocnienia głównego korpusu komina 13 musi zwykle być w postaci kwadratu o bokach mających długość W około 38 m.

Na pos. II pokazano schemat blokowy ilustrujący konstrukcję układu od kotła do grzejnika powietrza 3. Na pos. II oznaczono jako la, katalizator odazotowania zawarty w zespole odazotowującym 2 oznaczono oznacznikiem 2a, zaś katalizator rozkładu amoniaku zawarty w zespole odazotowywującym 2 oznaczono oznacznikiem 2b. Katalizator rozkładu amoniaku 2b jest stosowany do eliminowania jakiegokolwiek amoniaku wprowadzanego do strony spodniej. Jednakże, gdy amoniak jest wtryskiwany w zwykłych ilościach, to katalizator ten pomija się ponieważ ilość wprowadzonego amoniaku jest bardzo niewielka. Ponadto, jak opisano powyżej, jako grzejnik powietrza 3 zastosowano wymiennik ciepła typu Ljungstróm. W tym układzie, część (np. około 5% na bazie objętości gazu spalinowego) dostarczanego powietrza C przecieka do strony gazu spalinowego i jednocześnie część (np. około 1%) gazu spalinowego przecieka na stronę powietrza C, jak pokazano przerywanymi liniami na pos. Π.

W opisanym powyżej konwencjonalnym sposobie obróbki gazu spalinowego, niekorzystnymi cechami są duże wymiary i wysoki koszt wyposażenia. W szczególności na rynkach krajów rozwijających się, w elektrowniach na małą skalę i w podobnych instalacjach pożądana jest znacząca redukcja kosztów, dodatkowo do redukcji przestrzeni instalowania i wysokości komina.

W szczególności, rozmieszczenie i konstrukcja konwencjonalnego układu jest tego rodzaju, że pomiędzy obudową kotła 1 i kominem 13 zastosowano elektrostatyczny zespół wytrącający 5, wieżę absorpcyjną 8 i wentylator 11 w kierunku poziomym, które połączono kanałami spalinowymi 4, 6, 10 i 12. Wymaga to konieczności występowania rozległej przestrzeni pomiędzy obudową kotła 1 i kominem 13, stosowania licznych kanałów spalinowych i dużej liczby członów podporowych, co powoduje zwiększony koszt całości.

Jednakże, jak opisano powyżej, wysokość i przestrzeń instalacyjna komina są określone przykładowo odpowiednio do stężeń tlenków azotu, tlenków siarki pozostających w obrobionym gazie spalinowym D. W konsekwencji, dla zredukowania wielkości komina, wymaga się zwiększenia osiągów wyposażenia, co było trudne przy konstrukcji układu konwencjonalnego. Przykładowo, dla zwiększenia stopnia odsiarczenia konieczne jest zwiększenie pojemności kontaktu gaz-płyn przez zwiększenie rozmiaru wieży absorpcyjnej 8. Jednakże jest to w sprzeczności z potrzebą redukcji wielkości instalacji i tym samym stanowi pewne ograniczenie.

Ponadto, dla zwiększenia stopnia odazotowania w zespole odazotowywującym 2, konieczne jest przeprowadzenie tego po prostu przez zwiększenie ilości wtryskiwanego amoniaku. W tym przypadku, w układzie konwencyjnym stosuje się katalizator rozkładu amoniaku 2b dla usunięcia jakiegokolwiek amoniaku wprowadzonego od strony spodniej, co daje odpowiedni wzrost kosztów. Jeżeli katalizator rozkładu amoniaku 2b nie jest stosowany w takim przypadku, amoniak będzie przesuwał się do strony spodniej i wywierał następujący ujemny efekt.

Jeżeli amoniak pozostaje w gazie spalinowym, to jest wytwarzany kwaśny siarczan amonowy (NH4HSO4) o wysokim stopniu przylegania, odpowiednio do wzoru reakcji (4) poniżej. Punkt rosy kwaśnego siarczanu amonowego wynosi około 230°C w zwykłych warunkach przy tego rodzaju wyposażeniu, zaś gaz spalinowy jest chłodzony od około 350°C do około 130°C w zwykłym grzejniku powietrza. W konsekwencji, gdy amoniak pozostaje w gazie spalinowym opuszczającym ten zespół odazotowywujący 2, to zwłaszcza w tym grzejniku powietrza będzie wytwarzana duża ilość kwaśnego siarczanu amonowego (NH4HSO4). Obecnie poprzez rozmaite badania stwierdzono, że w konwencjonalnym grzejniku powietrza typu Ljungstróm ten kwaśny siarczan amonowy ma tendencję do osadzania w szczelinach rezerwowego zbiornika ciepła w obrębie grzejnika powietrza i tym samym wymaga częstych prac konserwacyjnych takich jak oczyszczanie.

S03 + NH3 + H20 -» NH4HSO4 (4)

190 656

Tak więc, celem wynalazku jest opracowanie sposobu obróbki gazu spalinowego, który umożliwi zwiększenie osiągów obróbki gazu spalinowego i uzyskanie redukcji wielkości i kosztów wyposażenia, włącznie z redukcją wielkości komina, bez zwiększania zakresu prac konserwacyjnych.

Sposób obróbki gazu spalinowego, zawierającego przynajmniej tlenki azotu i tlenki siarki, polegający na wtryskiwaniu do gazu spalinowego amoniaku w etapie odazotowania w ilości potrzebnej do rozłożenia tlenków azotu obecnych w gazie spalinowym, a następnie na wprowadzaniu gazu spalinowego opuszczającego etap odazotowania do strefy wejściowej obszaru wieży absorpcyjnej, w którym kontaktuje się go na zasadzie gaz-płyn z płynem absorbującym dla usunięcia przynajmniej tlenków siarki poprzez absorpcję do płynu absorbującego w etapie odsiarczania, według wynalazku charakterryzuje się tym, że amoniak wtryskuje się do gazu spalinowego w etapie odazotowania i/lub po etapie odazotowania w ilości nadmiarowej, przekraczającej ilość potrzebną do rozłożenia tlenków azotu obecnych w gazie spalinowym, przez co w gazie spalinowym wprowadzanym do etapu odsiarczania pozostaje amoniak lub sól amonowa, przy czym do strefy wyjściowej obszaru wieży absorpcyjnej, w którym w etapie odsiarczania kontaktuje się gaz spalinowy na zasadzie gazpłyn z płynem absorbującym, wtryskuje się płyn J mający mniejszą wartość pH, czyli wyższą kwasowość niż płyn absorbujący, co utrudnia uwalnianie amoniaku do fazy gazowej, zaś amoniak pozostający w gazie spalinowym wprowadzanym do etapu odsiarczania absorbuje się w wieży absorpcyjnej.

Korzystnie, dobiera się ilość amoniaku wtryskiwanego w etapie odazotowania tak, aby stężenie amoniaku pozostającego w gazie spalinowym opuszczającym etap odazotowania było nie mniejsze niz 30 części na milion.

Gaz spalinowy opuszczający etap odazotowania wprowadza się do wymiennika ciepła w wejściowej strefie wieży absorpcyjnej i odzyskuje się z niego ciepło, przy czym jako wymiennik ciepła korzystnie stosuje się bezprzeciekowy wymiennik ciepła o konstrukcji osłony i rury.

Korzystnie, gaz spalinowy opuszczający etap odazotowania wprowadza się do wymiennika ciepła w strefie wejściowej wieży absorpcyjnej i odzyskuje się z niego ciepło, przy czym dobiera się ilość amoniaku wtryskiwanego w etapie odazotowania i/lub po etapie odazotowania tak, aby stężenie amoniaku pozostającego w gazie spalinowym wprowadzanym do wymiennika ciepła przekraczało stężenie SO3 w tym gazie spalinowym przynajmniej o 13 części na milion.

Gaz spalinowy wprowadza się do strefy wejściowej wieży absorpcyjnej poprzez suchy elektrostatyczny zespół wytrącający i usuwa się pył obecny w gazie spalinowym, zaś odsiarczony gaz spalinowy wyprowadza się ze strefy wyjściowej wieży absorpcyjnej poprzez wilgotny elektrostatyczny zespół wytrącający i usuwa się pył pozostający w gazie spalinowym.

W układzie do obróbki gazu spalinowego sposobem według wynalazku wieża absorpcyjna, sekcja ponownego ogrzewania i wentylator są umieszczone szeregowo na osi pionowej tak, aby pełnić funkcję przynajmniej części komina do emitowania obrobionego gazu spalinowego do atmosfery. Tak więc wszystkie te urządzenia które konwencjonalnie zainstalowano na zewnątrz obramowania komina są zainstalowane w przestrzeni wewnątrz obramowania komina. W konsekwencji znacząco jest zredukowana przestrzeń instalacyjna całego wyposażenia, tak że można uzyskać znaczącą redukcję wielkości wyposażenia w kierunkach poziomych. Ponadto, staje się niekonieczna znaczna część kanałów spalinowych i ich członów podpierających, zaś główny korpus komina staje się znacznie krótszy niż dotychczas. Można ewentualnie uzyskać znaczącą redukcję kosztów wyposażenia.

W sposobie obróbki gazu spalinowego według wynalazku, ilość amoniaku wtryskiwana w etapie odazotowania i/lub ilość amoniaku wtryskiwana za etapem odazotowania są dobierane na takim poziomie nadmiarowym, że amoniak lub sól amonowa pozostają w gazie spalinowym wprowadzanym do etapu odsiarczania.

W konsekwencji, zwiększa się przynajmniej stopień odsiarczenia w etapie odsiarczania, co ewentualnie współdziała w redukcji wielkości wieży absorpcyjnej i komina.

W szczególności, gdy ilość wtryskiwanego amoniaku w etapie odazotowania jest określona tak, że stężenie amoniaku pozostającego w gazie spalinowym opuszczającym etap odazotowania będzie nie mniejsze niż 30 części na milion, to zwłaszcza stopień odazotowania

190 656 w etapie odazotowania ulega znaczącemu zwiększeniu, co ewentualnie przyczynia się do redukcji wielkości komina.

Ponadto, gdy sposób obróbki gazu spalinowego według wynalazku zawiera dodatkowo etap odzyskiwania ciepła polegający na wprowadzeniu gazu spalinowego opuszczającego etap odazotowania do wymiennika ciepła w strefie wejściowej wieży absorpcyjnej i tym samym uzyskiwania ciepła z gazu spalinowego, to jako wymiennik ciepła jest stosowany bezprzeciekowy wymiennik ciepła o konstrukcji osłony i rury, przy czym ciepło gazu spalinowego może być skutecznie wykorzystane w sposób konwencjonalny dla wstępnego ogrzania powietrza do wykorzystania w kotle lub ponownego podgrzania obrobionego gazu spalinowego, przez co można zmniejszyć problemy związane z wytwarzaniem się zgorzeliny.

Nawet jeżeli kwasowy siarczan amonowy wytworzony przez reakcję wtryskiwanego amoniaku z SO3 obecnym w gazie spalinowym, i mgła kwasu siarkowego wytworzona z SO3 obecnego w gazie spalinowym skroplą się we wspomnianym powyżej wymienniku ciepła, to bezprzeciekowy wymiennik ciepła typu osłony i rury jest mniej podatny na osadzanie materiałów na powierzchniach przenoszenia ciepła i podobnych lub do zatkania nimi, w porównaniu z konwencjonalnie stosowanym wymiennikiem ciepła typu Ljungstróm.

Ponadto, w tym przypadku wymiennik ciepła nie umożliwia przecieku powietrza do gazu spalinowego. Może to zredukować ilość gazu spalinowego przeznaczonego do obróbki i tym samym spowodować redukcję kosztów. Ponadto, gdy sposób obróbki gazu spalinowego, według wynalazku obejmuje dodatkowo etap odzyskiwania ciepła polegający na wprowadzaniu gazu spalinowego opuszczającego etap odazotowania do wymiennika ciepła w strefie wejściowej wieży absorpcyjnej i tym samym na odzyskiwaniu ciepła z gazu spalinowego, to ilość amoniaku wtryskiwana w etapie odazotowania i/lub ilość amoniaku wtryskiwana w miejscu za etapem odazotowania są określone tak, że stężenie amoniaku pozostającego w gazie spalinowym wprowadzanym do wymiennika ciepła będzie przekraczało stężenie SO3 w tym gazie spalinowym o 13 części na milion lub więcej, ponadto jest zminimalizowana kondensacja kwaśnego siarczanu amonowego w wymienniku ciepła i powstaje drobny proszek obojętnego siarczanu amonowego. W konsekwencji, jest znacząco zahamowane wytwarzanie zgorzeliny w wyniku obecności kwaśnego siarczanu amonowego, co ułatwia konserwację wymiennika ciepła.

Ponadto, gdy do strefy wyjściowej obszaru wieży absorpcyjnej, w którym gaz spalinowy jest kontaktowany z płynem absorbującym na zasadzie kontaktu gaz-płyn, jest natryskiwany płyn mający wyższą kwasowość niż płyń absorbujący tak, aby utrudnić uwalnianie amoniaku do fazy gazowej, wówczas w wieży absorpcyjnej jest absorbowany amoniak pozostający w gazie spalinowym wprowadzanym do etapu odsiarczania bez umożliwienia mu pozostania w gazie spalinowym opuszczającym wieżę absorpcyjną, przez co można uniknąć ujemnego efektu nadmiernego wtryskiwania amoniaku (to jest emisji amoniaku do atmosfery). Pozwala to na dopasowanie się do przyszłych norm dotyczących emisji amoniaku i również współdziała w dodatkowym oczyszczeniu gazu spalinowego.

Ponadto, gdy sposób obróbki gazu spalinowego, według wynalazku, zawiera dodatkowo pierwszy etap usuwania pyłu polegający na wprowadzaniu gazu spalinowego do suchego elektrostatycznego zespołu wytrącającego w strefie wejściowej wieży absorpcyjnej i usuwaniu pyłu obecnego w gazie spalinowym, i drugi etap usuwania pyłu polegający na wprowadzaniu gazu spalinowego do wilgotnego elektrostatycznego zespołu wytrącającego w strefie wyjściowej wieży absorpcyjnej i usuwaniu pyłu pozostającego w gazie spalinowym, wówczas jest znacząco polepszona zdolność całego układu do usuwania pyłu.

Inny sposób obróbki gazu spalinowego według wynalazku jest prowadzony za pomocą układu zawierającego zespół odazotowywujący i zespół odsiarczający, i mającego wieżę absorpcyjną (służącą jako zespół odsiarczający), sekcję ponownego ogrzewania i wentylator, rozmieszczone szeregowo na osi pionowej tak, aby pełnić funkcję przynajmniej części komina do emitowania obrobionego gazu spalinowego do atmosfery, przy czym ilość amoniaku wtryskiwanego do zespołu odazotowywującego i/lub ilość amoniaku wtryskiwanego za zespołem odazotowywującym są określone tak, aby znajdowały się na poziomie nadmiarowym, przy którym amoniak lub sól amonowa pozostaną w gazie spalinowym, wprowadzanym do wieży absorpcyjnej.

190 656

Wieża absorpcyjna, sekcja ponownego ogrzewania i wentylator są rozmieszczone szeregowo na osi pionowej tak, aby tworzyć część komina, zatem znacząco zostaje zredukowana przestrzeń instalacyjna wyposażenia. Ponadto, zwiększa się stopień przynajmniej odsiarczenia w wyniku wtryskiwania nadmiaru amoniaku, co powoduje ewentualnie redukcję wysokości komina. Proces ten pozwala na uzyskanie znakomitych efektów, takich jak zwiększenie osiągów instalacji i znaczącą redukcję jej wielkości zarówno w kierunku poziomym jak i pionowym.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny widok ilustrujący układ obróbki gazu spalinowego do prowadzenia sposobu według wynalazku, fig. 2 - schematyczny widok ilustrujący drugi układ obróbki gazu spalinowego do prowadzenia sposobu według wynalazku, fig. 3 - schematyczny widok ilustrujący szczegóły zespołu odsiarczającego zawartego z układzie obróbki gazu spalinowego z fig. 2, fig. 4 - schematyczny widok ilustrujący układ usuwania wody nieodpadowej, przydatny do stosowania w układzie obróbki gazu spalinowego z fig. 2, fig. 5 - wykres przedstawiający dane ilustrujące efekt stosowania obecnego wynalazku (to jest polepszenie stopnia odsiarczenia), fig. 6 - schematyczny widok ilustrujący urządzenie eksperymentalne do demonstrowania efektu stosowania obecnego wynalazku (to jest minimalizacji osadów w wyniku obecności SO3 w gazie spalinowym), fig. 7 - wykres przedstawiający wyniki eksperymentalne (zmiany w spadku ciśnienia gazu w wymienniku ciepła) dla zademonstrowania efektów stosowania obecnego wynalazku (minimalizacja osadu w wyniku obecności SO3 w gazie spalinowym), fig. 8 - wykres przedstawiający wyniki eksperymentalne (zmiany całkowitego współczynnika przenoszenia ciepła w wymienniku ciepła) dla zademonstrowania efektu stosowania obecnego wynalazku (minimalizacja osadu w wyniku obecności SO3 w gazie spalinowym), pos. I - schematyczny widok ilustrujący konwencjonalny układ obróbki gazu spalinowego, a pos. II - schematyczny widok ilustrujący zespół odazotowywujący i inne urządzenia zastosowane w konwencjonalnym układzie do obróbki gazu spalinowego.

Na figurze 1 przedstawiono pierwsze rozwiązanie układu do realizacji sposobu według wynalazku. Elementy takie same jak zastosowane w układzie konwencjonalnym z pos. I oznaczono tymi samym oznacznikami, i pominięto ponowne ich wyjaśnianie.

Układ do obróbki gazu spalinowego według tego rozwiązania poniżej głównego korpusu 13a komina zawiera wieżę absorpcyjną 21, sekcję ponownego ogrzewania 22 grzejnika gaz-gaz i wentylator 23, umieszczone szeregowo na osi pionowej komina tak, aby utworzyć część tego komina.

Sekcja odzyskiwania ciepła 24 grzejnika gaz-gaz jest zainstalowana w położeniu na torze kanału spalinowego 25, łączącego suchy elektrostatyczny zespół wytrącający 5 z wieżą absorpcyjną 21 i na wewnętrznej stronie obramowania 14 komina. Korzystnie, wszystkie elementy instalacji na które składa się wieża absorpcyjna 21, sekcja odzyskiwania ciepła 24, sekcja ponownego ogrzewania 22 grzejnika gaz-gaz oraz wentylator 23 są zainstalowane w niezajętej przestrzeni na wnętrzu obramowania 14 komina.

W tym rozwiązaniu, wieża absorpcyjna 21 jest tego rodzaju, ze gaz spalinowy jest do niej wprowadzany przez wlot utworzony w jej dolnej bocznej części i jest kontaktowany na zasadzie gaz-płyn z płynem absorbującym w sposób przeciwbieżny dla usunięcia przynajmniej tlenków siarki z gazu spalinowego przez absorpcję do płynu absorbującego, po czym zostaje wyładowany wylotem utworzonego w jej górnym końcu. W ten sam sposób jak opisano poprzednio w związku z układem konwencjonalnym, wytwarza się gips jako produkt pośredni przez stosowanie przykładowo kamienia wapiennego jako absorbent.

Sekcja ponownego ogrzewania 22 grzejnika gaz-gaz jest bezpośrednio podłączona do górnego końca wieży absorpcyjnej 21. Tak więc, gaz spalinowy wyładowywany z górnego wylotu wieży absorpcyjnej 21 jest wprowadzany do sekcji ponownego ogrzewania 22 od strony spodniej, ogrzewany do temperatury korzystnej do emisji do atmosfery przez zastosowanie ciepła odzyskanego w sekcji odzyskiwania ciepła 24 i wyładowany od strony górnej.

W tym przypadku, jest stosowany grzejnik gaz-gaz z medium grzejnym typu cyrkulacyjnego, a jego sekcja odzyskiwania ciepła 24 i sekcja ponownego ogrzewania 22 zawierają nieprzeciekowe wymienniki ciepła o konstrukcji osłony i rury. Te bezprzeciekowe wymienniki ciepła są korzystne z tego względu, że nawet jeżeli SO3 obecne w gazie spalinowym będzie

190 656 reagował z występującym w nim amoniakiem według wspomnianej powyżej reakcji (4) dla wytworzenia kwaśnego siarczanu amonowego (NH4HSO4), to są one mniej podatne na osadzanie się kwaśnego siarczanu amonowego, który powoduje powstawanie zgorzeliny.

Wentylator 23 stanowi wentylator o przepływie osiowym, który jest zainstalowany powyżej wspomnianej sekcji ponownego ogrzewania 22 i zasysa gaz spalinowy od spodu oraz wyładowuje go od góry. Na wewnętrznej osi wentylatora jest umieszczony silnik.

W konstrukcji układu obróbki gazu spalinowego według tego rozwiązania jest znacznie zredukowana przestrzeń instalacyna całego wyposażenia w porównaniu z konwencjonalnym układem przedstawionym na pos. I, tak że można uzyskać znaczącą redukcję wielkości wyposażenia w kierunku poziomym. W szczególności, staje się niepotrzebna cała przestrzeń potrzebna do zainstalowania wieży absorpcyjnej 8, wentylatora 11 i kanałów spalinowych 6 i 10 w układzie z fig. 10. Ponadto, przestrzeń instalacyna komina jest taka sama jak poprzednio, ponieważ przestrzeń umożliwiająca zainstalowanie wieży absorpcyjnej 21 itp. konwencjonalnie jest pozostawiona w obramowaniu 12 komina.

Ponadto, nie potrzebne stają się kanały spalinowe 6 i 10 i ich człony podpierające, zaś główny korpus komina 13a staje się znacznie krótszy niż uprzednio. Ewentualnie, uzyskuje się znaczącą redukcję kosztów wyposażenia.

Na figurze 2 przedstawiono drugie rozwiązanie układu do prowadzenia sposobu według wynalazku. W rozwiązaniu tym jest zastosowany grzejnik powietrza (lub wymiennik ciepła) 31 zawierający bezprzeciekowy wymiennik ciepła o konstrukcji osłony i rury, zaś pomiędzy wieżą absorpcyną 21 a i sekcją ponownego podgrzewania 22 jest zainstalowany wilgotny elektrostatyczny zespół wytrącający 32. W tym rozwiązaniu, wspomniany grzejnik powietrza 31 i opisana powyżej sekcja odzyskiwania ciepła 24 grzejnika gaz-gaz tworzą wymiennik ciepła dla przeprowadzania etapu odzyskiwania ciepła. Ponadto, zastosowano suchy elektrostatyczny zespół wytrącający 5 opisany w powiązaniu z konwencjonalnym układem, który służy do przeprowadzania pierwszego etapu usuwania pyłu, zaś wspomniany wilgotny elektrostatyczny zespół wytrącający 32 służy do przeprowadzania drugiego etapu usuwania pyłu.

Opisana powyżej konstrukcja ma następujące zalety. Przede wszystkim, ponieważ grzejnik powietrza 31 stanowi bezprzeciekowy wymiennik ciepła, zatem ilość osadzanej zgorzeliny jest stosunkowo niewielka nawet w przypadku wytwarzania kwasowego siarczanu amonowego w gazie spalinowym wprowadzanym do grzejnika powietrza 31 jak opisano powyżej. Jest to bardzo korzystne ze względu na konserwację.

W szczególności, jak opisano powyżej, gdy w gazie spalinowym opuszczającym zespół odazotowujący 2 pozostaje amoniak, to kwaśny siarczan amonowy jest wytwarzany w szczególności w grzejniku powietrza 31. Według przeprowadzonych badań okazało się, że w przypadku konwencjonalnego grzejnika powietrza typu Ljungstróm, tego rodzaju kwaśny siarczan amonowy wykazuje tendencję do osadzania się w szczelinach zbiornika ciepła w obrębie grzejnika powietrza i wymaga częstych prac konserwacyjnych takich jak czyszczenie.

Jednakże badania wykazały, że bezprzeciekowe wymienniki ciepła o konstrukcji osłony i rury są mniej podatne na tego rodzaju osadzanie kwaśnego siarczanu amonowego lub na zatykanie tym siarczanem. Okazało się również, że można zniwelować w pewnym stopniu problem dotyczący wytwarzania kwaśnego siarczanu amonowego i jego osadzania na wewnętrznych powierzchniach wymiennika ciepła przez wstrzykiwanie nadmiernej ilości amoniaku do gazu spalinowego, co będzie opisane poniżej.

Ponadto, gdy grzejnik powietrza 31 stanowi bezprzeciekowy wymiennik ciepła, to powietrze C doprowadzane do kotła nie przedostaje się do gazu spalinowego. Powoduje to zmniejszenie wielkości przepływu obrabianego gazu spalinowego i tym samym odpowiednią redukcję pojemności wentylatora 23 i kanałów spalinowych oraz poboru mocy.

Ponadto, ponieważ jest zainstalowany wilgotny elektrostatyczny zespół wytrącający 32, zatem można usuwać drobny pył i inne cząsteczki obce, które nie zostały przechwycone w wieży absorpcyjnej 2la. Tak więc, zostaje zredukowane stężenie pyłu resztkowego w obrobionym gazie spalinowym D. Powoduje to zwiększenie tego rodzaju osiągów wyposażenia a także przyczynia się to redukcji wysokości komina.

190 656

Poniżej opisano konstrukcję i efekty prowadzenia charakterystycznych etapów obróbki gazu spalinowego według wynalazku, prowadzonej z zastosowaniem układu według opisanego powyżej rozwiązania.

Według tego procesu, zamiast stosowania katalizatora rozkładającego amoniak, określa się ilość amoniaku B wtryskiwaną do zespołu odazotowującego 2 tak, aby była ona na takim nadmiernym poziomie, by w gazie spalinowym wprowadzanym do wieży absorpcyjnej 21a pozostawała duża ilość amoniaku lub soli amoniaku.

Jeżeli w gazie spalinowym wprowadzanym do wieży absorpcyjnej 21 a pozostaje amoniak lub sól amonowa, to ten amoniak lub sól amonowa są rozpuszczane w szlamie w obrębie wieży absorpcyjnej 21a w wyniku kontaktu na zasadzie gaz-płyn pomiędzy gazem spalinowym a szlamem absorbentu. Powoduje to zwiększenie stężenia soli amonowej (czyli stężenia jonów amonowych) w fazie ciekłej szlamu krążącego przez wieżę absorpcyną2la.

Przeprowadzone badania wykazały, że gdy stężenie soli amonowej (lub stężenie jonów, amonowych) w krążącym płynie w wieży absorpcyjnej wzrasta do 150 mmol/litr lub więcej, wówczas stopień usuwania dwutlenku siarki z gazu spalinowego (to jest stopień odsiarczania) w wieży absorpcyjnej wzrasta do około 95% jak pokazano na fig. 5, nawet jeśli inne warunki pozostają stałe. W konsekwencji, odpowiednio do rozwiązania, w którym ilość amoniaku B wtryskiwana w zespół odazotowujący 2 jest określana tak, aby była na poziomie nadmiernym jak opisano powyżej, rozmiar wieży absorpcyjnej 21 a może być zredukowany w porównaniu ze stanem techniki. Ponadto, może być dodatkowo zredukowane stężenie tlenków siarki (zwykle dwutlenku siarki) pozostających w obrobionym gazie spalinowym D, i przez to może być zredukowana wysokość komina.

Ponadto, ponieważ wtryskiwana ilość amoniaku B przekracza naturalnie ilość równoważną potrzebną do odazotowania, zatem zwiększa się zdolność odazotowywania zespołu odazotowywującego 2 (lub etap odazotowania). Według przeprowadzonych badań stwierdzono, że jeżeli ilość wtryskiwanego amoniaku B jest tak określona, że przekracza ilość równoważną potrzebną do odazotowania, a ponadto stężenie amoniaku pozostającego w gazie spalinowym opuszczającym etap odazotowania (to jest ślizg amoniaku) będzie nie mniejsze niż 30 części na milion, to stopień odazotowania w stosunku do poziomu konwencjonalnego do około 80% wzrasta do około 90% a stężenie tlenków azotu pozostających w obrobionym gazie spalinowym D może być zredukowane do połowy.

W związku z tym, obliczenia próbne w odniesieniu do elektrowni klasy 150 MW wykazały, że jeżeli stopień odsiarczenia i odazotowania są zwiększone jak opisano powyżej, a ponadto jest również zwiększony stopień usuwania pyłu poprzez zainstalowanie wilgotnego elektrostatycznego zespołu wytrącającego 32, to można znacząco zredukować wysokość (LI) komina z wartości konwencjonalnej wynoszącej około 150 m do około 90 m. Ponadto, w konsekwencji można znacząco zredukować szerokość (Wl) przestrzeni instalacyjnej obramowania 14b dla komina od konwencjonalnej wartości około 38 m do około 25 m.

W tym przypadku, konkretna ilość wtryskiwanego amoniaku B musi być określona nie tylko tak, aby stanowiła nadmiar ilości równoważnej potrzebnej do odazotowania, ale również pod względem dopasowania do stężenia SO3 w gazie spalinowym.

W szczególności, przynajmniej część amoniaku pozostającego w gazie spalinowym opuszczającym zespół odazotowujący 2 (lub etap odazotowania) reaguje z SO3 obecnym w tym gazie spalinowym dla utworzenia soli amonowych takich jak opisany powyżej siarczan amonowy i kwaśny siarczan amonowy. W tym przypadku większość soli amonowych jest przechwytywana przez elektrostatyczny zespół wytrącający 5. W konsekwencji, z gazowego amoniaku pozostającego w gazie spalinowym opuszczającym zespół odazotujący 2, w gazie spalinowym wprowadzanym do wieży absorpcyjnej 21 a pozostaje tylko ta część, która stanowi nadmiar w stosunku do ilości równoważnej dla SO3.

W szczególności, pożądane jest określenie ilości wtryskiwanego amoniaku tak, że stężenie amoniaku pozostającego w gazie spalinowym wprowadzanym do grzejnika powietrza 31 i sekcji odzyskiwania ciepła (lub wymiennika ciepła) 24 grzejnika gaz-gaz będzie przekraczało stężenie SO3 w tym gazie spalinowym o 13 części na milion lub więcej.

Jak wykazały badania opisane poniżej, umożliwia to zahamowanie osadzania kwaśnego siarczanu amonowego, skraplającego się we wspomnianym wymienniku ciepła. Tak więc maleje

190 656 wytwarzanie osadu (lub zgorzeliny) na powierzchniach przenoszenia ciepła i innych powierzchniach wewnętrznych wymiennika ciepła, co ułatwia konserwację tego wymiennika ciepła.

W konwencjonalnym układzie przedstawionym na pos. I, stężenie amoniaku pozostającego w gazie spalinowym wprowadzanym do grzejnika powietrza 3 jest małe, rzędu około 5 części na milion tak, że kwaśny siarczan amonowy jest wytwarzany w większej ilości niż zwykły siarczan amonowy. Ten kwaśny siarczan amonowy wykazuje tendencję do kondensowania się w szczególności w grzejniku powietrza 3 i tworzenia w nim zgorzeliny. Jednakże jeżeli to stężenie amoniaku przekracza stężenie SO3 w gazie spalinowym o 13 części na milion lub więcej, wówczas większość SO3 obecnego w gazie spalinowym jest przekształcana do drobnego proszku obojętnego siarczanu amonowego zawierającego (NTLgkSCh i stosunkowo maleje wytwarzanie wysoce przylegającego kwaśnego siarczanu amonowego, który wykazuje tendencję do wytwarzania zgorzeliny. Ponadto, według rozwiązania z zastosowaniem grzejnika powietrza 31 o konstrukcji osłony i rury, są mniejsze problemy związane z powstawaniem zgorzeliny w porównaniu z układem konwencjonalnym, w którym zastosowano grzejnik powietrza typu Ljungstróm. Problem powstawania zgorzeliny w wyniku obecności kwaśnego siarczanu amonowego można rozwiązać praktycznie i nie ma potrzeby zaopatrywania urządzenia odazotowującego w katalizator rozkładający amoniak.

W tym rozwiązaniu, nadmierna ilość amoniaku jest wtryskiwana w sposób wymuszony tak, że duża ilość amoniaku lub soli amonowej pozostaje w gazie spalinowym wprowadzanym do wieży absorpcyjnej 21a. Odpowiednio do tego, problematyczne staje się usunięcie amoniaku absorbowanego do szlamu w obrębie wieży absorpcyjnej 21a i przecieku amoniaku do obrobionego gazu spalinowego D. Jednakże problemy te można rozwiązać przez zastosowanie istniejącej techniki usuwania wody nieodpadowej (tak zwanej AWMT), w której amoniak jest odzyskiwany i ponownie wykorzystywany przez mieszanie pyłu z elektrostatycznego zespołu wytrącającego z wodą odpadową z zespohi odsiarczającego, lub opracowanej ostatnio techniki absorpcji amoniaku.

Na figurach 3 i 4 opisano niektóre rozwiązania stosowane w tych technikach. Figura 3 przedstawia schematyczny widok pokazujący szczegółową konstrukcję zespołu odsiarczającego odpowiedniego do stosowania w układzie obróbki gazu spalinowego według rozwiązania przedstawionego na fig. 2, zaś fig. 4 stanowi schematyczny widok przedstawiający konstrukcję przykładowego układu usuwania wody nieodpadowej, odpowiedniego do stosowania w układzie obróbki gazu spalinowego według tego rozwiązania (w przypadku kotła opalanego olejem).

W tym przypadku, jak przedstawiono na fig. 3, wieża absorpcyjna 21a służąca jako zespół odsiarczający stanowi wieżę absorpcyjną typu kolumny płynu, która na spodzie jest wyposażona w zbiornik 41 do przetrzymywania płynu absorbującego E mającego zawieszony wewnątrz absorbent (to jest kamień wapienny) (nazywany poniżej szlamem absorbentu) i która posiada obszar kontaktowy gaz-płyn sięgający powyżej zbiornika 41 i służący do kontaktowania gaz-płyn gazu spalinowego ze szlamem wewnątrz zbiornika 41.

Wieża absorpcyjna 21 a stanowi tak zwaną wieżę absorpcyjną o przepływie przeciwbieżnym, w której sekcja wlotowa 42 gazu spalinowego do wprowadzania gazu spalinowego jest utworzona w jej dolnej części, a sekcja wylotowa 43 gazu spalinowego do wyładowywania odsiarczonego gazu spalinowego Al jest uformowana w jej górnej części, tak że gaz spalinowy wchodzi od dolnej strony wieży absorpcyjnej i wypływa górą.

W sekcji wylotowej 43 gazu spalinowego jest zainstalowany eliminator mgły 43a. Ten eliminator mgły 43a służy do gromadzenia jakiejkolwiek mgły wytwarzanej w rezultacie kontaktu gaz-płyn i przechwytywanej przez gaz spalinowy, tak że duża część mgły zawierającej dwutlenek siarki, amoniak i tym podobne nie jest wyładowywana wraz z odsiarczonym gazem spalinowym Al. W tym rozwiązaniu, mgła gromadzona przez eliminator mgły 43a przepływa w dół od jego dolnego końca i zawraca bezpośrednio do zbiornika 41.

Ponadto, w wieży absorpcyjnej 21a jest umieszczona równolegle duża ilość rur natryskowych. W tych rurach natryskowych 44 są osadzone liczne dysze (nie pokazane) do wtryskiwania szlamu wewnątrz zbiornika 41 w górę w postaci kolumny płynu.

190 656

Ponadto, na zewnątrz zbiornika 41 jest zainstalowana pompa cyrkulacyjna 45 do odciągania i podnoszenia szlamu absorbentu wewnątrz zbiornika 41. Tak więc, szlam jest podawany do rur natryskowych 44 poprzez przewód cyrkulacyjny 46.

W rozwiązaniu pokazanym na fig. 3, zbiornik 41 jest wyposażony w środek do wdmuchiwania powietrza F dla utleniania w postaci drobnych pęcherzyków przy jednoczesnym mieszaniu szlamu wewnątrz zbiornika 41. Środek ten zawiera mieszadło 47 i przewód doprowadzania powietrza 48 do wdmuchiwania powietrza F do szlamu w sąsiedztwie łopatek mieszających mieszadła 47. Tak więc, realizuje się skuteczny kontakt szlamu absorbentu mającego zaabsorbowany dwutlenek siarki z powietrzem w zbiorniku 41, i tym samym powoduje się całkowite utlenienie dla utworzenia gipsu.

W szczególności, szlam absorbentu wstrzykiwany z rur natryskowych 44 wewnątrz wieży absorpcyjnej 21 a przepływa w dół absorbując dwutlenek siarki i pył (zawierający sole amonowe takie jak siarczek amonowy) a ponadto amoniak gazowy jako rezultat kontaktu gazpłyn z gazem spalinowym i wchodzi do zbiornika 41 gdzie zostaje utleniony poprzez kontakt z dużą liczbą wdmuchiwanych pęcherzyków powietrza przy jednoczesnym mieszaniu za pomocą mieszadła 47 i przewodu doprowadzania powietrza 48, a następnie podlega reakcji zobojętnienia dla przekształcenia się w szlam zawierający gips o dużym stężeniu. Podstawowe reakcje występujące w trakcie tych obróbek są przedstawione przez podane powyżej wzory reakcji (1) do (3).

Tak więc, w szlamie wewnątrz zbiornika 41 są w sposób ustalony zawieszone lub rozpuszczone duża ilość gipsu, niewielka ilość kamienia wapiennego (stosowanego jako absorbent) i mała ilość pyłu i amoniaku zgromadzonego z gazu spalinowego. W rozwiązaniu tym, szlam wewnątrz zbiornika 41 jest odciągany i podawany do separatora 49 substancji stałychciekłych przez przewód rurowy 46a, odgałęziony od przewodu cyrkulacyjnego 46. Szlam zostaje odfiltrowany w separatorze 49 substancji stałej-ciekłej, tak że odzyskuje się gips G mający niską zawartość wody. Z drugiej strony, część filtratu z separatora 49 fazy stałej-ciekłej jest podawana do zbiornika przygotowania szlamu 52 jako szlam absorbentu E stanowiący wodę, zaś reszta jest wyładowywana jako woda odpadowa H2 z odsiarczania dla uniknięcia gromadzenia się zanieczyszczeń.

Ponieważ amoniak i sole amonowe (takie jak siarczan amonowy) zaabsorbowane z gazu spalinowego są w wysokim stopniu rozpuszczalne, zatem większość z nich jest zawarta w fazie ciekłej szlamu E i ewentualnie wyładowywana wraz z wodą odpadową H2 z odsiarczania.

W tym rozwiązaniu, szlam zawierający kamień wapienny jako absorbent jest podawany ze zbiornika przygotowania szlamu 52 do zbiornika 41 podczas pracy. Zbiornik przygotowania szlamu 52 jest wyposażony w mieszadło 53 i służy do przygotowania szlamu absorbentu E przez mieszanie sproszkowanego kamienia wapiennego I wprowadzanego z silosa (nie pokazanego) z filtratem HI podawanym jak opisano powyżej, i mieszanie tej mieszaniny. Szlam absorbentu E wewnątrz zbiornika przygotowania szlamu 52 jest korzystnie podawany do zbiornika 41 za pomocą pompy szlamowej 54. Ponadto, dla uzupełniania stopniowej utraty wody w wyniku odparowania w wieży absorpcyjnej 21 a lub tp, podaje się przykładowo do zbiornika 41 lub zbiornika przygotowania szlamu 52 wodę uzupełniającą (taką jak woda przemysłowa).

Podczas pracy, korzystnie kontroluje się wielkość przepływu wspomnianej wody uzupełniającej dostarczanej do zbiornika 41, wielkość przepływu szlamu wciąganego przez przewód rurowy 46a, i podobne. Tak więc, zbiornik 41 jest utrzymywany w takim stanie, że zawsze jest w nim zgromadzony na poziomie w obrębie określonych granic szlam zawierający gips i absorbent o wstępnie określonych stężeniach.

Również podczas pracy dla utrzymania stopnia odsiarczenia i czystości gipsu na wysokim poziomie, wykrywa się czujnikami obciążenie kotła (to jest wielkość przepływu gazu spalinowego A), stężenie dwutlenku siarki w gazie spalinowym wprowadzanym do wieży absorpcyjnej 2la, pH i stężenie kamienia wapiennego w szlamie absorbentu wewnątrz zbiornika 41 itp. Na bazie rezultatów tych stwierdzeń, kontroluje się korzystnie wielkość doprowadzania kamienia wapiennego do zbiornika 41 i inne parametry za pomocą regulatora (nie pokazanego). Konwencjonalnie, pH szlamu absorbentu wewnątrz zbiornika 41 reguluje się zwykle do około 6,0 tak, że może być wytwarzany wysoce czysty gips przez przyspieszanie opisa12

190 656 nej powyżej reakcji utleniania przy jednoczesnym utrzymaniu wysokiej pojemności absorbowania dwutlenku siarki.

Ponadto, jako środek zapobiegający pozostawaniu wtryskiwanego nadmiaru amoniaku w odsiarczonym gazie spalinowym Al, rury natryskowe 55 są zainstalowane powyżej rur natryskowych 44. Te rury natryskowe 55 służą do wtryskiwania płynu J (który może być w postaci szlamu) mającego nizszą wartość pH niż szlam wewnątrz zbiornika 41 do wieży absorpcyjnej 21a i przez to w górnej części wieży absorpcyjnej 21a powstaje obszar który nie pozwala amoniakowi na łatwe uwolnienie do fazy gazowej.

Przykładowo, płyn J wtryskiwany z rur natryskowych 55 zawiera rozcieńczony roztwór kwasu siarkowego, którego pH jest ustawione na wartość (np. 4,0 do 5,0), przy której amoniak nie łatwo uwalnia się do gazu spalinowego.

W opisanej powyżej konstrukcji, gaz spalinowy wprowadzany do wieży absorpcyjnej 2la przez sekcję wlotową gazu spalinowego 42 jest najpierw kontaktowany na zasadzie kontaktu gaz-płyn ze szlamem wtryskiwanym z rur natryskowych 44 w postaci kolumn płynu, a następnie kontaktowany gaz-płyn z płynem wtryskiwanym z rur natryskowych 55. Tak więc pył i amoniak, razem z dwutlenkiem siarki zostają zaabsorbowane lub przechwycone.

Podczas tego procesu, płyn wtryskiwany z rur natryskowych 55 w sekcji wylotowej (lub górnym końcu) wieŻy absorpcyjnej 21a ma ustawioną wartość pH przy której amoniak nie łatwo uwalnia się do gazu spalinowego. W konsekwencji, częściowe ciśnienie amoniaku zostaje obniżone w górnej części wieży absorpcyjnej 2 la, tak że unika się zjawiska, przy którym amoniak raz rozpuszczony w fazie płynnej szlamu ulega odwrotnemu uwolnieniu do gazu spalinowego w górnej części wieży absorpcyjnej.

Tak więc, odsiarczony gaz spalinowy Al mający bardzo niskie stężenia dwutlenku siarki, pyłu i amoniaku są natychmiast wyładowywane z sekcji wylotowe 43 gazu spalinowego utworzonej przy górnej części wieży absorpcyjnej 2la. W tym przypadku, obliczenia wykazały że stopień usunięcia amoniaku wynosi około 90%. W konsekwencji, pomimo konstrukcji w której nadmierna ilość amoniaku jest wtryskiwana w sposób wymuszony, to w obrobionym gazie spalinowym D (fig. 2) jest zawarta niewielka ilość amoniaku i nie występuje problem emisji amoniaku do atmosfery.

Jednakże z punktu widzenia ochrony zanieczyszczenia powietrza pożądane jest minimalizowanie stężenia amoniaku w obrobionym gazie spalinowym D emitowanym do atmosfery. Tak więc, istnieje potrzeba stosowania techniki obróbki gazu spalinowego która umożliwi redukcję wielkości wyposażenia i wysoki stopień odsiarczenia, a ponadto która może minimalizować ilość emitowanego amoniaku.

Poniżej opisano konstrukcję przykładowego układu usuwania wody nieodpadowej, zilustrowanego na fig. 4. Jest to przykład odnoszący się do obróbki gazu spalinowego z kotła opalanego olejem. W tym przypadku, pył K zgromadzony z gazu spalinowego przez suchy elektrostatyczny zespół wytrącający 5 przedstawiony na fig. 2 i 3 zawiera dodatkowo do niespalonego węgla stanowiącego jego główny składnik, zanieczyszczenia takie jak wanad (który stanowi toksyczny metal ciężki) i magnez, siarczan amonowy utworzony z wtryskiwanego amoniaku i SO3 występujący w gazie spalinowym, itp.

W tym układzie, jak przedstawiono na fig. 4, woda odpadowa H2 z odsiarczenia, pokazana na fig. 3, jest najpierw wprowadzana do mieszającego zbiornika 61, gdzie podlega wymieszaniu z pyłem K podawanym z suchego elektrostatycznego zespołu wytrącającego 5 dla utworzenia wymieszanego szlamu FI. W etapie tym amoniak i siarczan amonowy zawarty w pyle K są rozpuszczone w fazie płynnej szlamu SI, i w większości występują jako jony siarczanowe lub jony amonowe, podobnie do zawartych w wodzie odpadowej H2. Następnie, zmieszany szlam SI jest przenoszony do zbiornika 62 regulacji pH/redukcji, gdzie jest do niego dodawany kwas L [np. kwas siarkowy (H2SO4)]. Tak więc, zmieszany szlam SI ma ustawioną wartość pH (około 2 lub poniżej), która umożliwia redukcję wanadu. Ponadto, do szlamu zostaje dodany i zmieszany wraz z nim czynnik redukujący M [np. siarczyn sodowy (Na2SO3)]. Tak więc, pięciowartościowy wanad występujący w szlamie zostaje zredukowany do stanu czterowartosciowego odpowiednio do następującej reakcji (5) tak, że wanad zostaje rozpuszczony w fazie ciekłej.

190 656

2VO₂ ⁺ + SO3²- + 2H⁺ -+ 2VO²⁺ + SO4²' + H₂O (5)

Następnie, zmieszany szlam S2 poddany redukcji wanadu jest przekazywany do zbiornika wytrącającego 63 gdzie jest dodawany amoniak B3 (który będzie opisany poniżej) i mieszany wraz ze szlamem. W tym etapie, czterowartościowy wanad obecny w szlamie reaguje z amoniakiem według następującego wzoru reakcji (6), a otrzymany produkt wytrąca się.

VO²⁺ + 2NH4OH -» VO(OH)₂ + 2NH? (6)

Po obrobieniu do wytrącenia wanadu, zmieszany szlam S3 jest odciągany ze zbiornika wytrącającego 63 i przekazywany do separatora 65 fazy stałej-ciekłej zawierającego osadnik kłaczkujacy i/lub filtr pasowy typu próżniowego za pomocą pompy szlamowej 64. W ten sposób zostaje z niego oddzielony składnik stały N w postaci masy lub ciasta. Oddzielony składnik stały N składa się zasadniczo z niespalonego węgla obecnego w pyle K, i dodatkowo zawiera wytrącony wanad.

Następnie, odpadowa ciecz S4 z której usunięto składnik stały zawierający wanad, jest przekazywana do zbiornika neutralizującego 66, gdzie zostają do niego dodane i zmieszane czynnik chemiczny O [np. wapno gaszone (Ca(OH)₂)] i zawracana ciecz odpadowa P (która będzie opisana poniżej). Tak więc, jony siarki i jony amonowe występujące w cieczy odpadowej zostają przekształcone w gips lub wodorotlenek amonowy.

Otrzymany szlam S5, który obecnie zawiera gips jako składnik stały i wodorotlenek amoniaku, jest następnie przekazywany do głównego zagęszczacza 67, gdzie zostaje z niego oddzielony amoniak BI przez odparowanie. Otrzymany szlam S6 zawierający gips i inne składniki stałe w wysokim stopniu stężenia, jest odciągany za pomocą pompy szlamowej 68.

Zagęszczacz 67 składa się z odparowywacza 67a, grzejnika 67b i pompy cyrkulacyjnej 67c, i ogrzewa szlam gorącą parą W1 wytwarzaną, przykładowo, w kotle elektrowni, przez co odparowywana woda zawiera amoniak BI.

Poza gipsem, stały składnik zawarty w szlamie S6 zawiera głównie wodorotlenek magnezowy [Mg(OH)₂]. Ten wodorotlenek magnezowy jest utworzony przez połączenie magnezu obecnego w pyle K jako zanieczyszczenie jonem wodorotlenkowym obecnym w szlamie.

Następnie, szlam S6 jest wprowadzany do stałego separatora 69 stanowiącego cyklon lub centryfugę osadnikową, gdzie szlam S6 zostaje rozdzielony na szlam S7 zawierający głównie gips (gruby cząsteczkowy składnik stały) i szlam S8 zawierający drobny cząsteczkowy składnik stały (zawierający głównie opisany powyżej wodorotlenek magnezowy). Szlam S7 jest zawracany do zbiornika 41 wieży absorpcyjnej stanowiącego zespół odsiarczający przedstawiony na fig. 3. Z drugiej strony, część szlamu S8 zostaje odwodniona w odwadniaczu 70 (lub wtórnym zagęszczaczu), a otrzymany składnik stały zawierający głównie wodorotlenek magnezowy jest wyładowywany jako zawiesina Q.

Odnośnie szlamu S8, pozostała jego część nie doprowadzona do odwadniacza 70 jest zawracana do zbiornika neutralizującego 66 jako powrotna ciecz odpadowa P.

Woda zawierająca amoniak BI wytworzona przez odparowanie w głównym zagęszczaczu 67 jest chłodzona i zagęszczana w chłodnicy 71 z zastosowaniem wody chłodzącej W2 jako chłodziwo, i gromadzona w zbiorniku magazynowym 72.

Ponieważ woda amoniakalna BI wewnątrz zbiornika magazynowego 72 zwykłe ma niskie stężenie około 3-6%, zatem jest ona podawana db zagęszczacza amoniaku 74 za pomocą pompy 73 i zostaje w nim skondensowana dla uzyskania wody amoniakalnej mającej stężenie 10-20%. Część tej wody amoniakalnej ulega gazyfikacji w parowniku 75, zaś otrzymany amoniak B2 jest wstrzykiwany do gazu spalinowego w opisanym powyżej zespole odazotowywującym 2 jako para wodna W3 zawierająca amoniak B. Pozostała część wody amoniakalnej jest podawana do wspomnianego zbiornika wytrącającego 63 jako amoniak B3.

W opisanym układzie usuwania wody nieodpadowej, woda odpadowa H2 z odsiarczenia jest obrabiana przez zmieszanie jej z usuniętym pyłem K, tak że uzyskuje się polepszenie zdolności do obsługiwania układu. Otrzymany zmieszany szlam jest poddany szeregowi obróbek dla redukcji, wytrącenia i separacji fazy stałej-ciekłej obecnego w nim wanadu, zaś oddzielony wanad zostaje wyładowany jako szlam. Ponadto, zmieszany szlam zagęszczony i obrobiony w taki sposób że gips, woda i amoniak zostają ostatecznie zawrócone do gazu

190 656 spalinowego lub do przedniej strony układu (np. wieży absorpcyjnej stanowiącej zespół odsiarczający). Tak więc staje się możliwe zastosowanie amoniaku w sposób cyrkulacyjny i zrealizowanie tak zwanego układu zamkniętego wody nieodpadowej, w którym nie wytwarza się żadnej wody odpadowej przeznaczonej do wyładowania. Eliminuje to potrzebę obróbki wody odpadowej przez jej wyładowaniem i umożliwia skuteczne wykorzystanie amoniaku.

Poniżej zostaną opisane niektóre badania przeprowadzone nad wynalazkiem. Celem tych badań jest zademonstrowanie, że wynalazek umożliwia zmniejszenie wytwarzania zgorzeliny na wewnętrznych powierzchniach (np. powierzchniach wymiany ciepła) wymiennika ciepła dla etapu odzyskiwania ciepła w wyniku obecności kwaśnego siarczanu amonowego, gdy nadmierna ilość amoniaku zostaje wtryśnięta według jednego z zaleceń wynalazku, zaś jako wymiennik ciepła jest stosowany bezprzeciekowy wymiennik ciepła o konstrukcji osłony i rury.

Przede wszystkim, zastosowano urządzenie doświadczalne przedstawione na fig. 6. W szczególności, za piecem do spalania 81 zainstalowano grzejnik powietrza 82 i chłodnicę 83. Ponadto, za nimi zainstalowano cyklon 84 do rozdzielania i usuwania pyłu, takiego jak niespalony węgiel. Gaz spalinowy opuszczający cyklon 84 był wprowadzany do bezprzeciekowego wymiennika ciepła 85 o konstrukcji osłony i rury. W tym przypadku, gaz spalinowy był przepuszczany przez wymiennik ciepła 85 od strony jego osłony (to jest na zewnątrz rur grzejnych), zaś medium grzejne było przepuszczane przez rury grzejne wymiennika ciepła 85. Medium grzejne ogrzane przez ciepło gazu spalinowego w wymienniku ciepła 85 było chłodzone i regenerowane w chłodnicy 86 z zastosowaniem wody chłodzącej.

Stężenie SO3 w gazie spalinowym było regulowane przez wtryskiwanie SO3 do gazu spalinowego w położeniu za grzejnikiem powietrza 82 i przed chłodnicą 83. Ponadto, stężenie amoniaku w gazie spalinowym było regulowane przez wtryskiwanie amoniaku do gazu spalinowego w położeniu za cyklonem 84 i przed wymiennikiem ciepła 85. Wymiennik ciepła 85 nadawał się do tak zwanego czyszczenia kulami stalowymi przez rozproszenie stalowych kulek w sposób ciągły na jego osłonie, i poddano go wymaganym testom czyszczenia kulek stalowych.

Inne warunki doświadczenia były następujące.

(Paliwo)

Rodzaj: Olej paliwowy A

Wielkość spalania: 15 litrów/godz.

(Gaz spalinowy)

Wielkość przepływu: 200 m³N/godz.

Stężenie SO3: 25 części na milion.

Stężenie NH3: 63 części na milion.

Temperatura przy wylocie cyklony: 170°C.

Temperatura przy wlocie/wylocie wymiennika ciepła: 130/90°C.

(Medium grzejne)

Temperatura wlotowa: 75°C.

(Stalowe kulki)

Wielkość rozproszenia: 2,280 kg/m2 godz.

W tym przypadku, określono stężenie amoniaku w gazie spalinowym jako wynoszące 63 (50 + 13) części na milion, tak że stanowiło nadmiar w stosunku do ilości równoważnej potrzebnej do wytworzenia siarczanu amonowego [(NIUESOa] jako rezultat reakcji z SO3 o 13 części na milion. Wspomniana powyżej ilość równoważna jest równa dwukrotności liczby moli SO3, i w tym przypadku odpowiada stężeniu 50 (= 25 x 2)części na milion.

W opisanych powyżej warunkach, doświadczalne doświadczenie było uruchamiane w sposób ciągły przez 83 godziny bez czyszczenia kulek stalowych. Następnie, przeprowadzono czyszczenie kulkami stalowymi przez dwie godziny.

Na figurze 7 pokazano rezultaty aktualnych pomiarów zmian spadku ciśnienia gazu w wymienniku ciepła 85, zaś na fig. 8 przedstawiono rezultaty aktualnych pomiarów zmian

190 656 całkowitego współczynnika przenoszenia ciepła w wymienniku ciepła 85, który służy jako wskazanie jego pojemności przenoszenia ciepła.

Na podstawie tych rezultatów można zauważyć, że zmiany spadku ciśnienia gazu i całkowitego współczynnika przenoszenia ciepła były stosunkowo niewielkie nawet po 83-godzinnej ciągłej pracy. Ponadto, mogły one być całkowicie przywrócone do swych poziomów początkowych przez czyszczenie kulkami stalowymi.

Ponadto, gdy powierzchnie rur grzejnych wymiennika ciepła 85 po 83-godzinnej ciągłej pracy były sfotografowane i obserwowane nieuzbrojonym okiem, to nagromadzenie osadu było niewielkie. Analiza wykazała, że osad zawiera głównie związek typu siarczanu amonowego mający stosunek molowy NH4/SO4 wynoszący 1,5 do 1,9.

Tak więc można zauważyć, że jeżeli amoniak jest wtryskiwany w takiej ilości że stanowi nadmiar w stosunku do SO3 wynoszący 13 części na milion lub więcej, to jest zahamowane wytwarzanie kwaśnego siarczanu amonowego co znacząco ułatwia usuwanie osadu.

Wynalazek obecny nie jest ograniczony do opisanych powyżej rozwiązań, bowiem można go praktykować na rozmaite inne sposoby. Przykładowo, wtryskiwanie amoniaku nie musi być przeprowadzane w zespole odazotowywującym (lub etapie odazotowania), ale również może być przeprowadzane w dowolnym miejscem za zespołem odazotowywującym i przez wieżą absorpcyjną. Dla przykładu, w układzie z fig. '2, amoniak może być wtryskiwany do gazu spalinowego w kanale spalinowym 4 w celu przechwytywania SO3 i zwiększania pojemności odsiarczania, lub też amoniak może być wtryskiwany do gazu spalinowego w kanale spalinowym 25 (z tylnej strony suchego elektrostatycznego zespołu wytrącającego 5) w celu zwiększania pojemności odsiarczania itp.

W tym przypadku, dla zwiększenia pojemności odsiarczania wieży absorpcyjnej, ilość amoniaku wtryskiwanego w etapie odazotowywania i/lub ilość amoniaku wtryskiwanego w miejscu za etapem odazotowywania może być tak określona, że stanowi nadmiar w stosunku do równoważnej ilości wymaganej do odazotowania lub równoważnej ilości do SO3, a zatem amoniak lub sól amonowa (np. siarczan amonowy) pozostają w gazie spalinowym wprowadzanym do etapu odsiarczania.

Ponadto, w celu całkowitego przyhamowania wytwarzania zgorzeliny w wyniku obecności SO3 w grzejniku powietrza 31 i sekcji odzyskiwania ciepła 24 grzejnika gaz-gaz, ilość amoniaku wtryskiwanego w etapie odazotowania i/lub ilość amoniaku wtryskiwanego w miejscu za etapem odazotowania może być określona tak, aby była na poziomie nadmiarowym, tak aby stężenie amoniaku pozostającego w gazie spalinowym wprowadzonym do tych wymienników ciepła, przekraczała stężenie SO3 w gazie spalinowym o 13 części na milion lub więcej.

Ponadto, grzejnik powietrza 31 i sekcja odzyskiwania ciepła 24 grzejnika gaz-gaz są przykładowo instalowane oddzielnie w opisanym uprzednio rozwiązaniu z fig. 2. Jednakże mogą one być połączone w jednostkę pojedynczą. Tak więc układ może być zbudowany w taki sposób, ze powietrze C podawane do kotła jest ogrzewane poprzez ciepło odzyskiwane w wymienniku ciepła, zainstalowanym przykładowo w miejscu grzejnika powietrza 31 (fig. 2), zaś część medium grzejnego jest prowadzona do sekcji ponownego ogrzewania 22 grzejnika gaz-gaz i stosowana do ogrzania obrobionego gazu spalinowego D.

Nawet jeżeli grzejnik powietrza i sekcja odzyskiwania ciepła grzejnika gaz-gaz są zainstalowane oddzielnie, to sekcja odzyskiwania ciepła grzejnika gaz-gaz może być zainstalowana w położeniu przed elektrostatycznym zespołem wytrącającym 5.

W związku z tym, jeżeli odzyskiwanie ciepła z gazu spalinowego jest przeprowadzane całkowicie po przedniej stronie elektrostatycznego zespołu wytrącającego 5 i temperatura gazu spalinowego wprowadzanego do elektrostatycznego zespołu wytrącającego 5 jest dalej redukowana, to jest to szczególnie korzystne w przypadku gazu spalinowego z kotła opalanego węglem, ponieważ zostaje znacząco polepszony stopień usuwania pyłu (np. popiołu lotnego) w elektrostatycznym zespole wytrącającym 5 względu na jego zwiększoną rezystywność.

190 656

POS. II

190 656

F IG. 4

⁵⁵ S3 ^{63 52 62 S1 61}

F I G. 5

100

150

200

190 656

F I G. 6

F I G. 7


'---				-

190 656

F I G. 8

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób obróbki gazu spalinowego, zawierającego przynajmniej tlenki azotu i tlenki siarki, polegający na wtryskiwaniu do gazu spalinowego amoniaku w etapie odazotowania w ilości potrzebnej do rozłożenia tlenków azotu obecnych w gazie spalinowym, a następnie na wprowadzaniu gazu spalinowego opuszczającego etap odazotowania do strefy wejściowej obszaru wieży absorpcyjnej, w którym kontaktuje się go na zasadzie gaz-płyn z płynem absorbującym dla usunięcia przynajmniej tlenków siarki poprzez absorpcję do płynu absorbującego w etapie odsiarczania, znamienny tym, że amoniak wtryskuje się do gazu spalinowego w etapie odazotowania i/lub po etapie odazotowania w ilości nadmiarowej, przekraczającej ilość potrzebną do rozłożenia tlenków azotu obecnych w gazie spalinowym, przez co w gazie spalinowym wprowadzanym do etapu odsiarczania pozostaje amoniak lub sól amonowa, przy czym do strefy wyjściowej obszaru wieży absorpcyjnej, w którym w etapie odsiarczania kontaktuje się gaz spalinowy na zasadzie gaz-płyn z płynem absorbującym, wtryskuje się płyn (J) mający mniejszą wartość pH, czyli wyższą kwasowość niż płyn absorbujący, co utrudnia uwalnianie amoniaku do fazy gazowej, zaś amoniak pozostający w gazie spalinowym wprowadzanym do etapu odsiarczania absorbuje się w wieży absorpcyjnej.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dobiera się ilość amoniaku wtryskiwanego w etapie odazotowania tak, aby stężenie amoniaku pozostającego w gazie spalinowym opuszczającym etap odazotowania było nie mniejsze niż 30 części na milion.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że gaz spalinowy opuszczający etap odazotowania wprowadza się do wymiennika ciepła w wejściowej strefie wieży absorpcyjnej i odzyskuje się z niego ciepło, przy czym jako wymiennik ciepła korzystnie stosuje się bezprzeciekowy wymiennik ciepła o konstrukcji osłony i rury.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że gaz spalinowy opuszczający etap odazotowania wprowadza się do wymiennika ciepła w strefie wejściowej wieży absorpcyjnej i odzyskuje się z niego ciepło, przy czym dobiera się ilość amoniaku wtryskiwanego w etapie odazotowania i/lub po etapie odazotowania tak, aby stężenie amoniaku pozostającego w gazie spalinowym wprowadzanym do wymiennika ciepła przekraczało stężenie SO3 w tym gazie spalinowym przynajmniej o 13 części na milion.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz spalinowy wprowadza się do strefy wejściowej wieży absorpcyjnej poprzez suchy elektrostatyczny zespół wytrącający i usuwa się pył obecny w gazie spalinowym, zaś odsiarczony gaz spalinowy wyprowadza się ze strefy wyjściowej wieży absorpcyjnej poprzez wilgotny elektrostatyczny zespół wytrącający i usuwa się pył pozostający w gazie spalinowym.