PL201339B1 - Sposób odsiarczania spalin w kotłach energetycznych z cyrkulacyjnym zło ż em 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 zewnętrznego wymiennika ciepła (9) układu recyrkulacji materiału sypkiego cyrkulującego w konturze cyrkulacyjnym kotła, sorbent drobny korzystnie ultradrobny o wielkości cząstek powyżej 90% ziaren poniżej 90 „m, korzystnie poniżej 40 um, łącznie z recyrkulowanymi popiołami lotnymi 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, albo dodatkowo z drobnymi frakcjami popiołów dennych o wielkości cząstek poniżej 500 „m odprowadzanych z dolnej części kotła.

Description

(22) Data zgłoszenia: 29.06.2001 (19) PL (11) 201339 (13) B1 (51) Int.Cl.

B01D 53/48 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej	(62) Numer zgłoszenia, z	którego nastąpiło wydzielenie: 348398
(54)	Sposób odsiarczania spalin w kotłach energetycznych z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym
		(73) Uprawniony z patentu: Innowacyjne Przedsiębiorstwo Wielobranżowe POLIN Sp. z o.o.,Katowice,PL
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 30.12.2002 BUP 27/02 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.04.2009 WUP 04/09	(72) Twórca(y) wynalazku: Zbigniew Bis,Częstochowa,PL Zbigniew Letner,Katowice,PL Waldemar Muskała,Częstochowa,PL Wojciech Nowak,Częstochowa,PL
		(74) Pełnomocnik: Krystyna Szczepańska

(57) 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 zewnętrznego wymiennika ciepła (9) układu recyrkulacji materiału sypkiego cyrkulującego w konturze cyrkulacyjnym kotła, sorbent drobny korzystnie ultradrobny o wielkości cząstek powyżej 90% ziaren poniżej 90 „m, korzystnie poniżej 40 um, łącznie z recyrkulowanymi popiołami lotnymi 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, albo dodatkowo z drobnymi frakcjami popiołów dennych o wielkości cząstek poniżej 500 „m odprowadzanych z dolnej części kotła.

PL 201 339 B1

Opis wynalazku

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

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 złożem 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 z gazów spalinowych kotła, metodą suchą, przy jak najmniejszym zużyciu sorbentów przy równoczesnej jak najmniejszej ilości sorbentu w usuwanych popiołach, przy jak najmniejszej ilości usuwanych popiołów otrzymywanych w postaci nieuciążliwej i nieszkodliwej dla środowiska, z możliwością wykorzystania ich w innych dziedzinach przemysłu.

Z polskiego opisu patentowego nr 186281 znany jest sposób obniżania emisji tlenków siarki z urządzeń 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 kotłowych 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 aktywowanego 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. Niezależnie lub wspólnie z zawracanym popiołem wprowadza się do reaktora związki 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.

PL 201 339 B1

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 zależności od stosowanego sorbentu. Produkty reakcji oraz nieprzereagowany sorbent są 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 cząstek w stałe cząstki popiołu zawierającego 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 zewnętrznego wymiennika ciepła układu recyrkulacji materiału sypkiego cyrkulującego w konturze cyrkulacyjnym kotła, sorbent drobny korzystnie ultradrobny o wielkości cząstek powyżej 90% ziaren poniżej 90 ąm korzystnie poniżej 40 ąm łączne z recyrkulowanymi popiołami lotnymi 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 lub łącznie jeszcze dodatkowo z drobnymi frakcjami popiołów dennych o wielkości cząstek poniżej 500 ąm, odprowadzanych z dolnej części kotła z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym.

Sposobem według wynalazku, poprzez wprowadzanie drobnego i ultradrobnego sorbentu lub sorbentu i popiołu lotnego a także popiołów dennych, do materiału sypkiego układu recyrkulacji w miejscu 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 złożem fluidalnym jak w mieszaninie z innych kotłów fluidalnych ze złożem stacjonarnym, z kotłów pyłowych z suchym i półsuchym odsiarczaniem

PL 201 339 B1 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 w zewnętrznym wymienniku ciepła układu recyrkulacji materiału sypkiego, 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 dokładnie zmieszany z wszystkimi składnikami materiału cyrkulującego rozprowadzany jest 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 przedstawiony jest schematycznie układ urządzeń do odsiarczania spalin w kotle energetycznym z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym, gdzie sposobem według odmiany wynalazku sorbent, popioły lotne i popioły denne są wprowadzane do zewnętrznego wymiennika ciepła układu recyrkulacji materiału sypkiego.

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 połączona z zewnętrznym wymiennikiem ciepła 7 ze złożem fluidalnym, kanał nawrotny 8 materiału sypkiego z zewnętrznego wymiennika ciepła 7 do komory paleniskowej 1, a także rura opadowa 9 zakończona zaworem półprzepuszczalnym 10 połączona z komorą paleniskową 1 kanałem 11.

Spaliny z popiołami lotnymi z układu z cyrkulującym złożem fluidalnym przepływają przez ciąg konwekcyjny kotła 12 do elektrofiltra 13, w którym zostają wydzielone cząstki popiołów lotnych.

Sposób odsiarczania spalin zgodnie z przykładem wykonania jak na załączonym rysunku polega na tym, że sorbent ultradrobny w postaci kamienia wapiennego o wielkości cząstek powyżej 90% ziaren poniżej 40 um wprowadza się do układu recyrkulacji materiału sypkiego cyrkulującego w konturze cyrkulującym kotła przewodem 8 do zewnętrznego wymiennika ciepła 7 ze złożem fluidalnym. Równocześnie do zewnętrznego wymiennika ciepła 7 wprowadza się przewodami nawrotnymi popiołów lotnych 14 recyrkulowane popioły lotne z kotła z cyrkulującym złożem fluidalnym wydzielone z gazów odlotowych w elektrofiltrze 13, przewodami 15 recyrkulowane popioły lotne wychwycone z gazów odlotowych kotłów pyłowych z półsuchym odsiarczaniem spalin oraz przewodami 16 popioły denne odprowadzone z dna kotła, w postaci drobniejszych frakcji o wielkości cząstek poniżej 500 um wydzielonych w separatorze 17.

W zewnętrznym wymienniku ciepła 7 ze złożem fluidalnym sorbent przed wprowadzeniem do komory paleniskowej 1 jest zmieszany z recyrkulowanymi popiołami lotnymi z kotła z cyrkulującym złożem fluidalnym, z recyrkulowanymi popiołami lotnymi z kotłów pyłowych z półsuchym odsiarczaniem spalin zawierającymi w swym składzie głównie CaSO3 oraz z wydzielonymi mniejszymi frakcjami popiołów dennych z kotła z cyrkulującym złożem fluidalnym. Cała mieszanina wprowadzana jest kanałem nawrotnym 8 do komory paleniskowej 1, a tym samym wprowadzona do układu recyrkulacji materiału sypkiego kotła.

PL 201 339 B1

Claims (2)

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 zewnętrznego wymiennika ciepła (9) układu recyrkulacji materiału sypkiego cyrkulującego w konturze cyrkulacyjnym kotła, sorbent drobny korzystnie ultradrobny o wielkości cząstek powyżej 90% ziaren poniżej 90 um korzystnie poniżej 40 um łącznie z recyrkulowanymi popiołami lotnymi 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.
2. 2. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że do zewnętrznego wymiennika ciepła (9) układu recyrkulacji materiału sypkiego cyrkulującego w konturze cyrkulacyjnym kotła wprowadza się sorbent dodatkowo łącznie z drobnymi frakcjami popiołów dennych o wielkości cząstek poniżej 500 um, odprowadzanych z dolnej części kotła z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym.