PL192995B1

PL192995B1 - Suchy sposób oczyszczania spalin

Info

Publication number: PL192995B1
Application number: PL336355A
Authority: PL
Inventors: Kazimierz Gaj; Franciszek Knop; Hanna Cybulska
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2006-12-29
Also published as: PL336355A1

Abstract

Suchy sposób oczyszczania spalin, zwłaszcza z tlenków siarki, tlenków azotu i pyłu, polegający na nawilżeniu i schłodzeniu spalin, utlenieniu tlenku azotu, chemisorpcji zanieczyszczeń kwaśnych oraz wytrąceniu produktów reakcji, nieprzereagowanego sorbentu i popiołu lotnego na przegrodzie filtracyjnej, znamienny tym, że spaliny nawilża się do wilgotności względnej 40 - 80% i schładza do temperatury 323 - 353 K, utrzymując różnicę pomiędzy temperaturą spalin i temperaturą stanu ich nasycenia wilgocią mniejszą niż 20 K, po czym wprowadza się do nich ozon i drobnoziarnisty, suchy sorbent alkaliczny, korzystnie w postaci wodorotlenku wapnia, przy czym stosunek molowy dozowanego ozonu do sumy tlenków azotu zawartych w spalinach utrzymuje się w granicach 1,1 - 1,4, zaś stężenie dozowanego ozonu utrzymuje się w granicach 1-20 g/mn3, natomiast stosunek molowy dozowanego wodorotlenku wapnia do sumy dwutlenku siarki i tlenków azotu zawartych w spalinach utrzymuje się w zakresie 1,0 - 1,3.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest suchy sposób oczyszczania spalin, polegający na usuwaniu gazowych zanieczyszczeń kwaśnych, zwłaszcza tlenków siarki i dwutlenku azotu oraz tlenku azotu i pyłu ze spalin kotłowych. Sposób ten nadaje się zwłaszcza do oczyszczania spalin z kotłów o małej i średniej mocy, opalanych węglem.

Znane są suche, wysokotemperaturowe sposoby ograniczania emisji tlenków siarki, tlenków azotu i pyłu, przez wprowadzenie do komory spalania, w strefę temperatur 1023-1273 K, tlenku wapnia, węglanu wapnia lub innych związków alkalicznych, ewentualne nawilżenie spalin i wytrącenie produktów reakcji z popiołem lotnym w suchym odpylaczu. Ze względu na mały stopień przereagowania, metody te wymagają stosowania wysokiego nadmiaru stechiometrycznego sorbentu, są mało skuteczne i powodować mogą zakłócenia w pracy kotła.

Znane są również z polskich opisów patentowych nr 140693 i nr 148176, metody suche, polegające na nawilżeniu spalin, wprowadzeniu do nich pylistego, alkalicznego, ewentualnie schłodzonego sorbentu i wytrąceniu produktów reakcji wraz z popiołem lotnym w suchym odpylaczu. Reakcje chemiczne w tych metodach przebiegają w fazie wodnej a substraty i produkty reakcji są suche. Metody te nie umożliwiają ograniczenia emisji tlenku azotu, który - w przeciwieństwie do wyższych tlenków tego pierwiastka -nie należy do gazów kwaśnych i jest bardzo trudno rozpuszczalny w wodzie. Aby usunąć dodatkowo tlenek azotu, który stanowi ponad 90% sumy tlenków azotu zawartych w spalinach, w/w metody łączy się z pierwotnymi lub wtórnymi sposobami redukcji jego emisji. Skuteczność metod pierwotnych, polegających na zmianie organizacji procesu spalania, nie przekracza 50%. Powodować one mogą obniżenie wydajności kotła, wzrost emisji tlenku węgla, węglowodorów, koksiku i sadzy i wzrost udziału części palnych w żużlu.

Znane suche metody wtórne ograniczenia emisji tlenków azotu to metody redukcyjno-adsorpcyjne z wykorzystaniem amoniaku jako reduktora oraz węgla aktywnego, aktywnego koksu, tlenku miedzi, tlenku cynku i tlenku glinu jako adsorbentów, metody adsorpcyjne z wykorzystaniem żelu kwasu krzemowego, zeolitów i anionitów, metody katalitycznego uwodornienia przy wykorzystaniu gazu ziemnego jako reduktora, metody katalitycznej i niekatalitycznej redukcji selektywnej przy wykorzystaniu właściwości redukujących amoniaku, metody wykorzystujące działanie jonizujące strumienia elektronów lub promieniowania UV w obecności amoniaku. Wymienione suche metody usuwania tlenków azotu ze spalin, łączone z suchymi metodami ich odsiarczania, wymagają wstępnego odpylenia spalin, stosowania podwyższonych temperatur, drogich katalizatorów czy też kosztownych reduktorów. Są to metody trudne do zaadaptowania w przypadku istniejących instalacji odsiarczania spalin, wymagające stosowania oddzielnych aparatów.

Z polskiego opisu patentowego nr 188482 znany jest suchy sposób oczyszczania spalin, polegający na wprowadzeniu do gorących spalin ozonu, nawilżeniu i schłodzeniu spalin, zadozowaniu do spalin pylistego wapna hydratyzowanego i związaniu kwaśnych zanieczyszczeń na alkalicznym placku filtracyjnym. Sposób ten, ze względu na niespecyficzne działanie ozonu w temperaturach powyżej 423 K, powoduje nadmierne jego zużycie i zagrożenie korozyjne instalacji powodowane powstającym trójtlenkiem siarki, który w obecności wody tworzy kwas siarkowy.

Wynalazek dotyczy suchego sposobu oczyszczania spalin, zwłaszcza z tlenków siarki, tlenków azotu i pyłu, polegającego na nawilżeniu i schłodzeniu spalin, utlenieniu tlenku azotu do wyższych tlenków w fazie gazowej, chemisorpcji zanieczyszczeń na warstwie filtracyjnej oraz wytrąceniu produktów reakcji, nieprzereagowanego sorbentu i popiołu lotnego na przegrodzie filtracyjnej.

Istota wynalazku polega na tym, że spaliny nawilża się do wilgotności względnej 40 - 80% i schładza do temperatury 323 -352 K, utrzymując różnicę pomiędzy temperaturą spalin i temperaturą stanu ich nasycenia wilgocią mniejszą niż 20 K, po czym wprowadza się ozon i drobnoziarnisty, suchy sorbent alkaliczny, korzystnie w postaci wodorotlenku wapnia, przy czym stosunek molowy dozowanego ozonu do sumy tlenków azotu zawartych w spalinach utrzymuje się w granicach 1,1 -1,4, zaś stężenie dozowanego ozonu w granicach 1-20 g/mn³. Natomiast stosunek molowy dozowanego do spalin wodorotlenku wapnia do sumy dwutlenku siarki i tlenków azotu zawartych w spalinach utrzymuje się w zakresie 1,0 -1,3.

Zaletą sposobu według wynalazku jest możliwość równoczesnego, skutecznego odpylania, odsiarczania i odazotowania spalin oraz usuwania innych gazów kwaśnych w jednym urządzeniu, przy wykorzystaniu tego samego sorbentu. Zaletą jest też brak ścieków, wysoki stopień wykorzystania reagentów, w tym zwłaszcza ozonu, reagującego specyficznie z tlenkiem azotu, bez wchodzenia wrePL 192 995 B1 w reakcje z innymi składnikami spalin, oraz sucha postać produktu oczyszczania spalin i jego obojętny odczyn. Sposób według wynalazku pozwala na łatwą adaptację instalacji odsiarczania i odpylania spalin, pracującej z wykorzystaniem filtru tkaninowego.

Zaletą sposobu według wynalazku w porównaniu ze znanym sposobem, w którym dozuje się ozon do spalin o wyższej temperaturze, jest 2-4 krotne ograniczenie jego zużycia. Zaletą jest też zmniejszenie zawartości trójtlenku siarki w spalinach, dzięki czemu można zrezygnować z kosztownych zabezpieczeń antykorozyjnych instalacji.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym pokazany jest schemat realizujący ten sposób.

₃

P r z y k ł a d I. Do strumienia spalin, odciąganych z kotła 1 w ilości 23000 mn³/h, o temperaturze 423 K i zawartości wilgoci 0,04 kg/kg suchych spalin, zawierających dwutlenek siarki o stężeniu

3 3 1 g/mn³, tlenek azotu o stężeniu 0,1 g/mn³, dwutlenek azotu o stężeniu 0,01 g/mn³ oraz popiół lotny o stężeniu 1 g/mn³, wprowadza się ozon w ilości 4,9 kg/h, wtryskuje się wodę w ilości 1,0 m³/h oraz dozuje się ze zbiornika 3 dozownikiem 4 wapno hydratyzowane w ilości 42,7 kg/h. Tak spreparowane spaliny kieruje się do filtra workowego 2, zabezpieczonego termicznie przed wykraplaniem się wilgoci. W efekcie oczyszczania spalin uzyskuje się 85% redukcji emisji dwutlenku siarki, 70% redukcji emisji tlenków azotu i ponad 99% redukcji emisji pyłu oraz stały produkt oczyszczania w postaci suchego proszku o wilgotności 5% i pH z zakresu 6,5 - 9,0, zawierający głównie siarczany (VI) i azotany (V) wapnia, popiół lotny oraz nieprzereagowany sorbent.

₃

P r z y k ł a d II. Do strumienia spalin, odciąganych z kotła 1 w ilości 23000 mn³/h, o temperaturze 423 K i zawartości wilgoci 0,03 kg/kg suchych spalin, zawierających dwutlenek siarki o stężeniu

3 3 1 g/mn³, tlenek azotu o stężeniu 0,1 g/mn³, dwutlenek azotu o stężeniu 0,01 g/mn³ oraz popiół lotny o stężeniu 1 g/mn³, wprowadza się ozon w ilości 5,5 kg/h, wtryskuje się wodę w ilości 1,1 m³/h oraz dozuje się ze zbiornika 3 dozownikiem 4 wapno hydratyzowane w ilości 48,3 kg/h. Tak spreparowane spaliny kieruje się do filtra workowego 2, zabezpieczonego termicznie przed wykraplaniem się wilgoci. W efekcie uzyskuje się ponad 90% redukcji emisji dwutlenku siarki, ponad 80% redukcji emisji tlenków azotu i ponad 99% redukcji emisji pyłu oraz stały produkt oczyszczania w postaci suchego proszku o wilgotności 5% i pH z zakresu 6,5-9,0, zawierający głównie siarczany (VI) i azotany (V) wapnia, popiół lotny oraz nieprzereagowany sorbent.

Claims

Zastrzeżenie patentowe

Suchy sposób oczyszczania spalin, zwłaszcza z tlenków siarki, tlenków azotu i pyłu, polegający na nawilżeniu i schłodzeniu spalin, utlenieniu tlenku azotu, chemisorpcji zanieczyszczeń kwaśnych oraz wytrąceniu produktów reakcji, nieprzereagowanego sorbentu i popiołu lotnego na przegrodzie filtracyjnej, znamienny tym, że spaliny nawilża się do wilgotności względnej 40 - 80% i schładza do temperatury 323 - 353 K, utrzymując różnicę pomiędzy temperaturą spalin i temperaturą stanu ich nasycenia wilgocią mniejszą niż 20 K, po czym wprowadza się do nich ozon i drobnoziarnisty, suchy sorbent alkaliczny, korzystnie w postaci wodorotlenku wapnia, przy czym stosunek molowy dozowanego ozonu do sumy tlenków azotu zawartych w spalinach utrzymuje się w granicach 1,1 - 1,4, zaś stężenie dozowanego ozonu utrzymuje się w granicach 1-20 g/mn³, natomiast stosunek molowy dozowanego wodorotlenku wapnia do sumy dwutlenku siarki i tlenków azotu zawartych w spalinach utrzymuje się w zakresie 1,0 -1,3.