PL201338B1 - Sposób odsiarczania spalin w kotłach energetycznych z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym - Google Patents

Abstract

Sposób odsiarczania spalin w kotłach energetycznych z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym poprzez wprowadzanie do układu recyrkulacji materiału sypkiego sorbentu w postaci kamienia wapiennego i/lub CaO i/lub Ca(OH)2 i/lub sorbentu modyfikowanego oraz popiołów charakteryzuje się tym, że wprowadza się do układu recyrkulacji materiału sypkiego cyrkulującego w konturze cyrkulacyjnym kotła pomiędzy systemem zaworów półprzepuszczalnych (6) a komorą paleniskową (1) sorbent drobny korzystnie ultradrobny o wielkości cząstek powyżej 90% ziaren poniżej 90μυι, korzystnie poniżej 40 nm, łącznie z recyrkulowanymi popiołami lotnymi wychwytywanymi z gazów odlotowych kotłów z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym i/lub z kotłów fluidalnych ze złożem stacjonarnym i/lub z kotłów pyłowych z suchym i/lub półsuchym odsiarczaniem spalin, albo dodatkowo jeszcze z drobnymi frakcjami popio­ łów dennych o wielkości cząstek poniżej 500 nm, odprowadzanych z dolnej części kotła, przy czym wszystkie recyrkulowane popioły lotne przed wprowadzeniem do układu recyrkulacji materiału sypkiego poddaje się wstępnemu mieszaniu

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób odsiarczania spalin w kotłach energetycznych z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym.

Odsiarczanie spalin w kotłach energetycznych z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym jest prowadzone równolegle z procesem spalania. Ziarna sorbentu przepływają w układzie cyrkulacyjnym kotła wielokrotnie podczas spalania, wraz z płonącymi ziarnami paliwa i popiołu, w temperaturze 850-950°C. Przy spalaniu w cyrkulacyjnym złożu fluidalnym znaczna część siarki zawartej w paliwie usuwana jest w czasie spalania za pomocą materiału sorpcyjnego w złożu fluidalnym, zwykle kamienia wapiennego. Ciała stałe krążące w układzie z cyrkulacyjnym złożeni fluidalnym składają się z cząstek paliwa, z mieszaniny niereaktywnego popiołu paliwa kopalnego i cząstek sorbentu, które są tylko częściowo przereagowane. Rdzeń tych cząstek sorbentu zawiera nieprzereagowany CaO, podczas gdy zewnętrzna warstwa tych cząstek sorbentu składa się z CaSO4.

Istotnymi problemami eksploatacyjnymi przy spalaniu zachodzącym w komorze spalania z cyrkulującym złożem fluidalnym są uzyskiwanie wysokich, wymaganych poziomów usuwania siarki metodą suchą z gazów spalinowych kotła przy jak najniższym zużyciu sorbentów, oraz potrzeba dokonywania usuwania popiołów w których jest zawarty sorbent, lecz w jak najmniejszej ilości oraz wykorzystanie stałych odpadów.

Równocześnie istotne jest, aby stałe odpady z procesu były otrzymywane w postaci nieuciążliwej i nieszkodliwej dla środowiska z możliwością wykorzystania ich w innych dziedzinach przemysłu, np. w budownictwie. Wprowadzanie sorbentu bezpośrednio do komory spalania kotła z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym wymaga dotychczas stosowania większych ilości sorbentu, o większych ziarnach, w okreś lonym przedziale 100-400 um. Dotychczas wprowadzanie sorbentu drobnego i ultradrobnego, tak jak w przypadku kotłów pyłowych, bezpośrednio do komory kotła, nie jest możliwe, gdyż nie daje pożądanego efektu odsiarczania metodą suchą z takich przyczyn, ponieważ cząsteczki drobne i ultradrobne sorbentu podczas procesu w fluidalnym cyrkulacyjnym złożu, są bardzo szybko wywiewane z cyrkulacyjnego złoża.

Z polskiego opisu patentowego nr 186281 znany jest sposób obniżania emisji tlenków siarki z urzą dzeń energetycznych, przez wprowadzanie sorbentu najkorzystniej ultradrobnego do komory spalania kotła pyłowego, w kierunku przeciwnym do kierunku napływu spalin, poprzez dysze powietrza górnego dodatkowego dopalającego nad główną strefą spalania.

Z polskiego opisu patentowego nr 184305 znany jest sposób odsiarczania metodą półsuchą gazu odlotowego ze spalania w kotle pyłowym, w którym powstający w komorze spalania zanieczyszczony popiołami lotnymi oraz gazowymi substancjami szkodliwymi gaz odlotowy ze spalania odpyla się w pierwszym oddzielaczu, w którym odpylony gaz odlotowy ze spalania schładza się wodą do temperatury od 50 do 90°C, miesza się ze środkiem absorbcyjnym składającym się z CaO i/albo Ca(OH)2 oraz doprowadza do obiegowego złoża fluidalnego poza kotłem, składającego się z reaktora fluidyzacyjnego, drugiego oddzielacza i przewodu powrotnego, w którym otrzymywane w drugim oddzielaczu cząsteczki substancji stałej prowadzi się częściowo do reaktora fluidyzacyjnego, a częściowo do obszaru komory spalania, w którym panuje temperatura od 850 do 1050°C. Gaz odlotowy odpyla się w pierwszym oddzielaczu mającym postać filtru elektrostatycznego, w temperaturze od 100 do 180°C lub w oddzielaczu bezwładnościowym w temperaturze od 100 do 700°C, tylko do zawartości substancji stałej wynoszącej 5-40 g/Nm³. Środek absorbcyjny wypełniony gazowymi substancjami szkodliwymi odprowadza się razem z popiołami lotnymi przez wylot drugiego oddzielacza z obiegu procesowego. Od 90 do 95°C otrzymywanych w drugim oddzielaczu cząsteczek substancji stałej zawraca się do reaktora fluidyzacyjnego, resztę cząsteczek substancji stałej doprowadza się do komory spalania. Środek absorpcyjny wprowadza się do reaktora fluidyzacyjnego poniżej rusztu, odprowadzane z oddzielacza cząsteczki stałe wprowadza się poniżej albo powyżej rusztu, a wodę powyżej rusztu.

Z polskiego opisu patentowego nr 190768 znany jest sposób odsiarczania spalin kotł owych z kotłów opalanych pyłem węglowym metodą półsuchą, gdzie do kotła w strefie o temperaturze 1150 do 1500 K wprowadza się jako sorbent kamień wapienny i/lub wprowadza się związki alkaliczne do reaktora. Spaliny o temperaturze 380 do 400 K kieruje się poprzez podgrzewacz lub podgrzewane powietrze przewodami do reaktora, w którym prowadzone jest dalsze odsiarczanie spalin metodą półsuchą, a następnie po podgrzaniu przez wymieszanie z gorącym powietrzem lub gorącymi nieodsiarczonymi spalinami, są kierowane poprzez elektrofiltr do komina. Do reaktora, poza kotłem pyłowym, wprowadza się 20 do 90% popiołu pobranego spod reaktora i/lub z elektrofiltra, wstępnie aktyPL 201 338 B1 wowanego przez zwilżanie wodą i/lub parę wodną oraz przed wprowadzaniem do reaktora wstępnie wymieszanego ze strumieniem spalin. W reaktorze obniża się temperaturę spalin do temperatury 330 do 370° K przez wprowadzenie do niego przez dysze pyłowe wody i/lub odsolin stanowiących odpad z elektrowni. Niezależ nie lub wspólnie z zawracanym popioł em wprowadza się do reaktora zwią zki alkaliczne, korzystnie tlenki i/lub wodorotlenki wapnia. Zawracany popiół wstępnie aktywuje się przez domielenie.

Ze zgłoszenia wynalazku nr P-334296 znany jest sposób wprowadzania sorbentu w postaci kamienia wapiennego lub dolomitu do komory kotła z krążącym złożem fluidyzacyjnym, koncentrycznie przez dyszę paliwową do zsuwni zasilającej w paliwo. Sorbent i paliwo są wprowadzane do komory spalania za pomocą powietrza wtórnego.

Ze zgłoszenia wynalazku nr P-325057 znany jest sposób wprowadzania sorbentu do komory spalania z cyrkulującym złożem fluidalnym również równocześnie z paliwem lecz odrębnymi dyszami.

Sposoby te nie zapewniają uzyskiwania wysokich poziomów usuwania siarki z gazów spalinowych kotła metodą suchą, wymagają używania większych ilości sorbentów, o większych ziarnach, nie zapewniają niskiej zawartości sorbentu w usuwanych popiołach.

Zgodnie ze zgłoszeniem wynalazku nr P-318721 optymalne frakcje kamienia wapiennego przeznaczone do odsiarczania spalin przy spalaniu węgla w cyrkulacyjnym złożu fluidalnym są pozbawione frakcji drobnoziarnistych kamienia wapiennego. Skrajne drobnoziarniste frakcje kamienia wapiennego są zagęszczane w brykiety o wielkości nadającej się do wspomagania optymalnej frakcji kamienia wapiennego do pochłaniania siarki uwalnianej w wyniku spalania w cyrkulacyjnym złożu fluidalnym. Do wykorzystania w komorze spalania węgla w cyrkulacyjnym złożu fluidalnym w charakterze sorbentu siarki wybiera się tylko frakcję gruboziarnistą optymalną o wielkości ziaren przechodzących przez otwory sita w zakresie 400-100 mm.

Skrajne drobnoziarniste frakcje kamienia wapiennego są wydzielane i przeznaczane po zmieszaniu z wodą do pochłaniania siarki z gazów kominowych lub zagęszczane do wielkości brykietów wspomagających optymalną gruboziarnistą frakcję kamienia wapiennego, w pochłanianiu siarki uwalnianej przez spalanie węgla w cyrkulacyjnym złożu fluidalnym.

Najczęściej stosowanym sorbentem jest kamień wapienny, którego głównym składnikiem jest węglan wapnia. W wyniku kalcynacji węglanu wapnia lub węglanu magnezu, uzyskane tlenki reagują z zawartymi w spalinach tlenkami siarki i tlenem tworząc siarczyny lub siarczany wapnia lub magnezu, w zależnoś ci od stosowanego sorbentu. Produkty reakcji oraz nieprzereagowany sorbent s ą częściowo usuwane wraz z popiołami.

Znane jest powtórne wtryskiwanie popiołu do komory spalania z układem cyrkulującego złoża fluidalnego, w celu powtórnego użycia sorbentu zawartego w wtryskiwanym popiele. Wtryskiwanie popiołu jest bezpośrednio do komory kotła, bez obróbki odpadowego popiołu lub po mechanicznym mieleniu odpadowego popiołu w celach odsłonięcia nieprzereagowanego CaO.

Z opisu wynalazku nr P-325057 znany jest sposób reaktywowania sorbentu zawartego w zawracanym popiele do układu z cyrkulującym złożem fluidalnym, posiadającego przereagowany CaO, zmniejszający zużycie ilości kamienia wapiennego dla osiągnięcia tej samej ilości wychwyconego SO2, zmniejszający ilość odpadowego popiołu oraz ilość Ca w odpadowym popiele. Stałe cząstki popiołu zawierające nieprzereagowany CaO są poddane na zewnątrz komory spalania działaniu pary wodnej o temperaturze od 250°C do 700°C i ustalonej prężności cząstkowej w zakresie od 0,0 do 1,2, w celu przetworzenia tych czą stek w stał e czą stki popioł u zawierają cego Ca(OH)2 i spowodowania ich pękania. Stałe cząstki zawierające Ca(OH)2 są wtryskiwane do komory spalania z cyrkulującym złożem fluidalnym w temperaturze panującej w komorze spalania układu z cyrkulującym złożem fluidalnym wynoszącej ponad 580°C. Sorbent posiadający nieprzereagowany CaO jest otrzymywany z komory spalania układu z cyrkulującym złożem fluidalnym lub z rozdzielacza cyklonowego układu z cyrkulującym złożem fluidalnym.

Sposób odsiarczania spalin w kotłach energetycznych z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym poprzez wprowadzanie do układu recyrkulacji materiału sypkiego sorbentu w postaci kamienia wapiennego i/lub CaO i/lub Ca(OH)2 i/lub sorbentu modyfikowanego oraz popiołów według wynalazku charakteryzuje się tym, że wprowadza się do układu recyrkulacji materiału sypkiego cyrkulującego w konturze cyrkulacyjnym kotła pomiędzy systemem zaworów półprzepuszczalnych a komorą paleniskową, sorbent drobny korzystnie ultradrobny o wielkości cząstek powyżej 90% ziaren poniżej 90 μm korzystnie poniżej 40 μm łącznie z recyrkulowanymi popiołami lotnymi z kotła z cyrkulacyjnym złożem fluidal4

PL 201 338 B1 nym i/lub z kotłów fluidalnych ze złożem stacjonarnym i/lub z kotłów pyłowych z suchym i/lub półsuchym odsiarczaniem spalin.

Do układu recyrkulacji materiału sypkiego cyrkulującego w konturze cyrkulacyjnym kotła, pomiędzy systemem zaworów półprzepuszczalnych a komorą paleniskową, wprowadza się sorbent łącznie dodatkowo z drobnymi frakcjami popiołów dennych o wielkości cząstek poniżej 500 μm, odprowadzanych z dolnej części kotła z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym.

Recyrkulowane popioły lotne z kotłów z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym i/lub z kotłów fluidalnych ze złożem stacjonarnym i/lub z kotłów pyłowych z suchym i/lub półsuchym odsiarczaniem spalin wstępnie miesza się ze sobą przed wprowadzeniem ich do układu recyrkulacji materiału sypkiego.

Recyrkulowane popioły lotne z kotłów z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym i/lub z kotłów fluidalnych ze złożem stacjonarnym i/lub z kotłów pyłowych z suchym i/lub półsuchym odsiarczaniem spalin oraz drobne frakcje popiołów dennych odprowadzanych z dolnej części kotła wstępnie miesza się ze sobą przed wprowadzeniem ich do układu recyrkulacji materiału sypkiego.

Sposobem według wynalazku, poprzez wprowadzanie drobnego i ultradrobnego sorbentu lub sorbentu i popiołu lotnego a także popiołów dennych, do materiału sypkiego układu recyrkulacji w miejscach według wynalazku, poza kotłem, uzyskuje się wysoki stopień odsiarczania spalin metodą suchą w kotłach energetycznych z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym, rzędu ponad 90%, przy znacznym obniżeniu zużycia sorbentów oraz pełniejszym wykorzystaniu tych sorbentów wprowadzanych do komory spalania kotła w mieszaninie z materiałem sypkim cyrkulującym w konturze cyrkulacyjnym kotła fluidalnego. Sposobem według wynalazku wykorzystuje się popioły lotne wychwytywane z gazów odlotowych tego samego kotła fluidalnego z cyrkulującym złożeni fluidalnym jak w mieszaninie z innych kotłów fluidalnych ze złożem stacjonarnym, z kotłów pyłowych z suchym i półsuchym odsiarczaniem spalin, zawierającymi nieprzereagowany sorbent. Z półsuchego odsiarczania spalin uzyskuje się popioły lotne zawierające produkty odsiarczania głównie w postaci CaSO3, które stwarzają poważne problemy ze składowaniem ich. Sposób według wynalazku umożliwia wprowadzanie ich do procesu odsiarczania kotłów fluidalnych z cyrkulacyjnym złożem, zapewniając przejście ich z CaSO3 na CaSO4.

Poprzez wprowadzanie drobnych a zwłaszcza ultradrobnych sorbentów i to nie bezpośrednio do komory paleniskowej kotła lecz do gorącego recyrkulującego w kotle fluidalnym materiału sypkiego poprzez wprowadzanie go do strugi gorącego materiału sypkiego nawrotnego w przewodzie pomiędzy systemem zaworów półprzepuszczalnych a komorą paleniskową, uzyskuje się raptowną kalcynację sorbentu przed zmieszaniem ze spalinami oraz wysoki stopień zmieszania drobnych lub ultradrobnych cząstek sorbentu z wszystkimi wprowadzanymi i cyrkulującymi w kotle składnikami materiału sypkiego. Wprowadzanie sorbentu wymieszanego dodatkowo z gorącymi popiołami lotnymi lub jeszcze dodatkowo z popiołami dennymi przed wprowadzeniem do układu recyrkulacji wydatnie poprawia stopień zmieszania sorbentu z wszystkimi składnikami cyrkulującymi w kotle. Drobny, ultradrobny sorbent według wynalazku, wprowadzany sposobem według wynalazku, w kotle z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym wchodzi w natychmiastową reakcję przebywając w złożu fluidalnym wystarczająco długo dla uzyskania wysokiego stopnia odsiarczania spalin. Sorbent według wynalazku, sposobem według wynalazku jest dokładnie zmieszany z wszystkimi składnikami materiału cyrkulującego i rozprowadzany równomiernie w poprzecznym przekroju komory paleniskowej.

Sposób odsiarczania spalin według wynalazku intensyfikuje proces dokładnego wymieszania sorbentu z cyrkulującym złożem fluidalnym, a więc i procesu odsiarczania paliwa i gazów spalinowych w tych kotłach, zwiększając stopień wykorzystania zarówno świeżego sorbentu jak i sorbentu nieprzereagowanego a także uciążliwego CaSO3 zawartego w lotnych popiołach z kotłów pyłowych z półsuchym odsiarczaniem spalin.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony na rysunku na którym jest schematycznie przedstawiony układ urządzeń do odsiarczania spalin w kotle energetycznym z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym, gdzie sposobem według wynalazku sorbent i popioły lotne są wprowadzane do układu recyrkulacji materiału sypkiego pomiędzy zaworem półprzepuszczalnym a komorą paleniskową.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku przedstawionym na rysunku, paliwo w postaci miału węglowego jest wprowadzane do komory paleniskowej 1 w punktach zasilania 2 umieszczonych wzdłuż jej ścian. W skład układu recyrkulacji materiału sypkiego kotła energetycznego z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym wchodzi komora paleniskowa 1 połączona z cyklonem cząstek stałych 3 przewodem 4, rura opadowa 5 cząstek stałych zamknięta od dołu zaworem półprzepuszczalnym 6 połączona kanałem 7 z komorą paleniskową 1.

PL 201 338 B1

Sposób odsiarczania spalin zgodnie z przykładem wykonania jak to uwidoczniono na rysunku polega na tym, że sorbent w postaci kamienia wapiennego o stopniu rozdrobnienia cząstek powyżej 90% ziaren poniżej 90 μm wprowadza się do układu recyrkulacji materiału sypkiego cyrkulującego w konturze cyrkulującym kotła przewodem 8 do kanału 7 w miejscu pomiędzy zaworem półprzepuszczalnym 6 a komorą paleniskową 1. Również w tym miejscu do kanału 7 między zaworem półprzepuszczalnym 6 a komorą paleniska 1 wprowadzane są przewodem nawrotnym 9 popioły lotne z elektrofiltra 10 wymieszane z popiołami lotnymi z kotłów pyłowych z suchym odsiarczaniem spalin.

Recyrkulowane popioły lotne z elektrofiltra 10 przewodem 11 oraz recyrkulowane popioły lotne z kotłów pyłowych z suchym odsiarczaniem spalin przewodem 12 są wprowadzane do mieszalnika popiołów lotnych 13 i wstępnie są ze sobą wymieszane w tym mieszalniku przed wprowadzeniem ich przewodem nawrotnym 9 do kanału 7 pomiędzy zaworem półprzepuszczalnym 6 a komorą paleniskową 1.

Spaliny z popiołami lotnymi z układu z cyrkulującym złożem fluidalnym przepływają przez ciąg konwekcyjny kotła 14 do elektrofiltra 10, w którym zostają wydzielone cząstki popiołów lotnych.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób odsiarczania spalin w kotłach energetycznych z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym poprzez wprowadzanie do układu recyrkulacji materiału sypkiego sorbentu w postaci kamienia wapiennego i/lub CaO i/lub Ca(OH)2 i/lub sorbentu modyfikowanego oraz popiołów znamienny tym, że wprowadza się do układu recyrkulacji materiału sypkiego cyrkulującego w konturze cyrkulacyjnym kotła pomiędzy systemem zaworów półprzepuszczalnych (6) a komorą paleniskową (1), sorbent drobny korzystnie ultradrobny o wielkości cząstek powyżej 90% ziaren poniżej 90 um korzystnie poniżej 40 um łącznie z recyrkulowanymi popiołami lotnymi wychwytywanymi z gazów odlotowych kotłów z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym i/lub z kotłów fluidalnych ze złożem stacjonarnym i/lub z kotłów pyłowych z suchym i/lub półsuchym odsiarczaniem spalin.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do układu recyrkulacji materiału sypkiego cyrkulującego w konturze cyrkulacyjnym kotła, pomiędzy systemem zaworów półprzepuszczalnych (6) a komorą paleniskową (1) wprowadza się sorbent łącznie dodatkowo z drobnymi frakcjami popiołów dennych o wielkości cząstek poniżej 500 um, odprowadzanych z dolnej części kotła z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że recyrkulowane popioły lotne z kotłów z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym i/lub z kotłów fluidalnych ze złożem stacjonarnym i/lub z kotłów pyłowych z suchym i/lub półsuchym odsiarczaniem spalin wstępnie miesza się ze sobą przed wprowadzeniem ich do układu recyrkulacji materiału sypkiego kotła energetycznego z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym.
4. 4. Sposób według zastrz. 2 i 3, znamienny tym, że recyrkulowane popioły lotne z kotłów z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym i/lub z kotłów fluidalnych ze złożem stacjonarnym i/lub z kotłów pyłowych z suchym i/lub półsuchym odsiarczaniem spalin oraz drobne frakcje popiołów dennych odprowadzanych z dolnej części kotła wstępnie miesza się ze sobą przed wprowadzeniem ich do układu recyrkulacji materiału sypkiego kotła energetycznego z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym.