PL207208B1

PL207208B1 - Method and flue gas desulphurization reactor

Info

Publication number: PL207208B1
Application number: PL378483A
Authority: PL
Inventors: Wojciech Mokrosz; Marek Jedziniak; Ewa Pietrasik
Original assignee: Inst Techniki Gorniczej Komag
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2010-11-30
Also published as: PL378483A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób i reaktor do odsiarczania spalin metodą półsuchą.The subject of the invention is a semi-dry flue gas desulphurization process and reactor.

Odsiarczanie spalin, które powstają podczas spalania paliw w instalacjach energetycznych może odbywać się za pośrednictwem metod mokrych, suchych lub półsuchych.The desulphurization of flue gas, which is generated during the combustion of fuels in power installations, can be performed using wet, dry or semi-dry methods.

Metody mokre umożliwiają uzyskiwanie wysokich sprawności odsiarczania, nawet do 95%. Sprawność odsiarczania tych metod zależy od stosunku stechiometrycznego wapna lub węglanu wapnia względem usuwanej siarki. Ze względów ekonomicznych częściej stosowany jest kamień wapienny. Proces mokrego odsiarczania prowadzony jest głównie w kolumnach absorpcyjnych, zwanych absorberami. Najczęściej stosowane są absorbery ze złożem ruchomym, a także poziome lub pionowe kolumny natryskowe z przegrodami perforowanymi lub bez. Produktem poreakcyjnym jest wodna zawiesina siarczanów i siarczynów wapnia uciążliwych do zagospodarowania.Wet methods allow for high desulphurization efficiency, even up to 95%. The desulfurization efficiency of these methods depends on the stoichiometric ratio of the lime or calcium carbonate to the sulfur removed. For economic reasons, limestone is more often used. The wet desulphurization process is carried out mainly in absorption columns, called absorbers. The most commonly used are moving bed absorbers, as well as horizontal or vertical spray columns with or without perforated baffles. The post-reaction product is a water suspension of calcium sulphates and sulphites which are difficult to manage.

Suche metody odsiarczania są tanie i mają niekłopotliwy do zagospodarowania, suchy w konsystencji, produkt uboczny. Jednak w przeciwieństwie do metod mokrych dają zwykle niskie, ok. 50% sprawności odsiarczania. Proces suchego odsiarczania może być realizowany poprzez dozowanie sorbentu do węgla w młynie lub wdmuchiwanie sorbentu do komory paleniskowej powyżej płomienia.Dry desulphurization methods are inexpensive and have a hassle-free, dry consistency by-product. However, in contrast to wet methods, they usually give low desulphurization efficiency, approx. 50%. The dry desulfurization process can be carried out by dosing the sorbent to the coal in the mill or by blowing the sorbent into the combustion chamber above the flame.

Metody półsuche łączą zaletę wysokiej skuteczności odsiarczania metody mokrej, z niskim kosztem metody suchej. Niższe koszty metody półsuchej w stosunku do mokrej wynikają z tego, że suchy produkt uboczny jest łatwy do zagospodarowania, ponadto mniejsze jest zapotrzebowanie na energię, mniejsze jest zużycie wody, mniejsze koszty inwestycyjne, a ponadto sam proces odsiarczania jest łatwiejszy do prowadzenia. W metodach półsuchych sorbent dozowany jest z taką ilością wody, aby produkt końcowy był suchy, a spaliny znajdowały się powyżej wodnego punktu rosy. W metodzie tej wyróżnia się wiele rozwiązań zarówno sposobów, jak i urządzeń do odsiarczania.Semi-dry methods combine the advantage of high efficiency of wet desulfurization with low cost of the dry method. The lower costs of the semi-dry method compared to the wet method are due to the fact that the dry by-product is easy to handle, moreover, there is less energy requirement, less water consumption, lower investment costs, and the desulphurization process itself is easier to carry out. In semi-dry methods, the sorbent is dosed with such an amount of water that the final product is dry and the flue gas is above the water dew point. In this method, there are many solutions to both methods and devices for desulphurization.

Znany jest na przykład z opisu patentowego PL 182 945 sposób odsiarczania spalin metodą wapienną półsuchą, w którym to sposobie spaliny kotłowe doprowadza się od góry do absorbera. Od góry absorbera podaje się również rozpyloną zawiesinę mleka wapiennego w wodzie. Z dołu absorbera odprowadzane są spaliny oczyszczone, które poprzez odpylacz i wentylator kierowane są do komina. Z dolnej części absorbera odbierany jest produkt poreakcyjny, który stanowią stałe i półstałe produkty odsiarczania. W sposobie tym, w celu utrzymania stałej prędkości przepływu spalin w absorberze, niezależnie od chwilowej wydajności kotła, stosuje się uzupełnianie niedoboru spalin kotłowych na wejściu do absorbera częścią oczyszczonych spalin, poprzez kanał recyrkulacji łączący dolną część absorbera z górną.For example, from the patent specification PL 182 945, a semi-dry lime desulfurization method is known, in which method the boiler flue gas is fed to the absorber from above. A spray suspension of milk of lime in water is also fed from the top of the absorber. Purified flue gases are discharged from the bottom of the absorber, which are directed to the chimney through the dust collector and the fan. The post-reaction product, consisting of solid and semi-solid desulfurization products, is collected from the lower part of the absorber. In this method, in order to maintain a constant flue gas flow rate in the absorber, regardless of the instantaneous boiler efficiency, the shortage of boiler flue gas at the inlet to the absorber is supplemented with a part of the cleaned flue gas, through a recirculation channel connecting the lower part of the absorber with the upper part.

Znany jest też, z opisu patentowego EP203 430, sposób oczyszczania spalin, w którym to spaliny oraz adsorbent/absorbent podawane są do reaktora wspólnym przewodem, a czas przebywania doprowadzonego do reaktora adsorbentu/absorbentu w stosunku do czasu przebywania spalin w reaktorze regulowany jest przez zastosowanie w reaktorze poruszających się względem zbiornika reaktora wstawianych elementów obrotowych. Ponadto, w rozwiązaniu tym obok przepływającego gazu przez reaktor, który porywa cząstki adsorbentu/absorbentu, dodatkowo do reaktora wdmuchiwane jest sprężone powietrze, co również wpływa na regulację czasu przebywania, zwłaszcza cięższych cząstek adsorbentu/absorbentu w stosunku do czasu przebywania gazu w reaktorze. W rozwiązaniu tym adsorbent/absorbent wraz z produktem poreakcyjnym oraz oczyszczonymi spalinami usuwany jest za pośrednictwem elementu obrotowego z reaktora do oddzielacza, skąd spaliny za pośrednictwem wentylatora kierowane są do komina.There is also known, from the patent description EP203 430, a method of flue gas purification, in which flue gas and adsorbent / absorbent are fed to the reactor through a common conduit, and the residence time of the adsorbent / absorbent supplied to the reactor in relation to the flue gas residence time in the reactor is controlled by using in the reactor, rotating elements moving relative to the reactor vessel. Moreover, in this solution, in addition to the gas flowing through the reactor which entrains the adsorbent / absorbent particles, compressed air is blown into the reactor in addition, which also influences the control of the residence time, especially of the heavier adsorbent / absorbent particles in relation to the residence time of the gas in the reactor. In this solution, the adsorbent / absorbent together with the post-reaction product and the purified flue gas is removed from the reactor to the separator via a rotary element, from where the flue gases are directed to the chimney via a fan.

Znane jest z opisu patentowego PL 184 000 urządzenie do odpylania spalin, które to ma połączony ze źródłem adsorbentu/absorbentu zbiornik z co najmniej jednym otworem wlotowym dla gazu zanieczyszczonego i adsorbentu/absorbentu do oczyszczania tego gazu oraz co najmniej jeden otwór wylotowy dla oczyszczonego gazu. Urządzenie to ma wewnątrz ruchome człony z giętkimi elementami zawirowującymi. Elementy giętkie zawirowujące są umieszczone na co najmniej jednym napędzanym obrotowo wale, przy czym co najmniej jeden obrotowy wał jest umieszczony prostopadle do osi wzdłużnej zbiornika.From the patent specification PL 184,000, a device for dedusting exhaust gases is known, which has a tank connected to an adsorbent / absorbent source with at least one inlet for polluted gas and an adsorbent / absorbent for purification of this gas and at least one outlet for purified gas. The device has inside movable members with flexible swirl elements. The swirling flexible elements are arranged on at least one rotatable shaft, the at least one rotating shaft being arranged perpendicular to the longitudinal axis of the tank.

Ponadto znane jest z opisu patentowego EP203 430 urządzenie do oczyszczania spalin w postaci cylindrycznego reaktora, z umieszczonym wewnątrz elementem obrotowym, na przykład obracającym się ślimakiem, którego gabaryty zewnętrzne sięgają do wewnętrznej powierzchni cylindrycznej reaktora.Moreover, there is known from the patent description EP203 430 a device for exhaust gas purification in the form of a cylindrical reactor, with a rotating element arranged inside, for example a rotating screw, the outer dimensions of which extend to the inner cylindrical surface of the reactor.

Sposób odsiarczania spalin metodą półsuchą według wynalazku, opiera się na wymuszonym przepływie spalin kotłowych przez znajdujące się w pionowo usytuowanym reaktorze złoże sorbentuThe semi-dry flue gas desulphurization method according to the invention is based on the forced flow of boiler flue gases through a sorbent bed located in a vertically arranged reactor.

PL 207 208 B1 w postaci cząstek kamienia wapiennego, aktywowane wodą oraz przemieszczane w reaktorze, podczas którego to przepływu następuje absorpcja związków siarki przez złoże sorbentu. Istota wynalazku polega na tym, że spaliny przepuszcza się pełnym przekrojem od dołu do góry przez całą wysokość złoża sorbentu, którego górna powierzchnia jest podczas procesu odsiarczania spalin stale zraszana na całym przekroju wodą, a złoże sorbentu jest poddawane podczas przepływu przez nie spalin procesowi ciągłej wewnętrznej recyrkulacji w reaktorze. W rejonie środkowym reaktora, utworzonym wokół jego osi wzdłużnej i ograniczonym powierzchnią walcową rury cyrkulacyjnej, cząstki złoża znajdujące się w dolnej stożkowo zalegającej części złoża są stale wynoszone ruchem ślimakowym ku górze, podczas którego to cząstki złoża zawierające na swej powierzchni produkt poreakcyjny powstały w wyniku absorpcji związków siarki są odnawiane poprzez ścieranie zewnętrznej warstwy produktu poreakcyjnego, a cząstki złoża pozbawione produktu poreakcyjnego oraz cząstki uwolnionego produktu poreakcyjnego, o znacznie mniejszych wymiarach, są na górnym poziomie nawilżane i kierowane do obszaru na zewnątrz walcowej rury cyrkulacyjnej, po czym w tym obszarze w końcowej fazie opadania kierowane są do zalegającej na stożkowej powierzchni sitowej dolnej warstwy, z której to cząstki produktu poreakcyjnego eliminowane są w procesie przesiewania, natomiast cząstki złoża sorbentu są w rejonie środkowym reaktora ponownie wynoszone ruchem ślimakowym ku górze.In the form of limestone particles, activated with water and displaced in the reactor, during which the absorption of sulfur compounds by the sorbent bed takes place. The essence of the invention consists in the fact that the flue gas is passed through the full section from the bottom to the top through the entire height of the sorbent bed, the upper surface of which is constantly sprinkled with water during the flue gas desulphurization process, and the sorbent bed is subjected to a continuous internal process during the flue gas desulphurization process. recirculation in the reactor. In the central region of the reactor, formed around its longitudinal axis and limited by the cylindrical surface of the circulation pipe, the bed particles located in the lower conically lying part of the bed are continuously lifted by a spiral movement upwards, during which the bed particles containing on their surface the post-reaction product resulting from absorption sulfur compounds are renewed by abrasion of the outer layer of the post-reaction product, and the bed particles devoid of the post-reaction product and particles of the released post-reaction product, with much smaller dimensions, are moistened on the upper level and directed to the area outside the cylindrical circulation pipe, and then in this area in the final in the falling phase, they are directed to the lower layer lying on the conical screen surface, from which the post-reaction product particles are eliminated in the screening process, while the sorbent bed particles are again carried away by a spiral movement upwards in the middle region of the reactor.

Istota reaktora do odsiarczania spalin metodą półsuchą, wyposażonego w kanał wlotowy i wylotowy spalin oraz instalacji zraszającej polega na tym, że ma w dolnej cylindrycznej części reaktora sito stożkowe oraz centralnie usytuowaną w osi reaktora rurę cyrkulacyjną z umieszczonym wewnątrz pionowym przenośnikiem ślimakowym. Kanał wlotowy spalin usytuowany jest poniżej sita stożkowego, a kanał wylotowy spalin powyż ej poziomu zamocowania dysz zraszaj ą cych. Reaktor zakoń czony jest lejem wysypowym, w którym gromadzony jest produkt poreakcyjny. Ponadto reaktor wyposażony jest w króciec wysypowy zuż ytego złoża.The essence of the semi-dry flue gas desulphurization reactor, equipped with a flue gas inlet and outlet duct, and a sprinkler installation consists in the fact that it has a conical screen in the lower cylindrical part of the reactor and a circulation pipe centrally located in the reactor axis with a vertical screw conveyor placed inside. The flue gas inlet duct is situated below the conical sieve, and the flue gas outlet duct above the level of the sprinkling nozzles. The reactor ends with a discharge funnel in which the post-reaction product is collected. In addition, the reactor is equipped with a worn-out bed discharge spout.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia reaktor w przekroju wzdłużnym.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing which shows the reactor in longitudinal section.

Reaktor z wewnętrzną cyrkulacją złoża sorbentu służy do odsiarczania spalin z obiektów energetycznych o mocach do 50 MW.The reactor with internal circulation of the sorbent bed is used for desulphurization of flue gases from power plants with a capacity of up to 50 MW.

Reaktor składa się z części cylindrycznej 10 zawierającej złoże sorbentu 3 oraz z leja wysypowego 8, w którym gromadzony jest produkt poreakcyjny. W części cylindrycznej 10, w osi wzdłużnej reaktora, usytuowana jest rura cyrkulacyjna 11 z umieszczonym wewnątrz pionowym przenośnikiem ślimakowym 6, którego wał wyjściowy sprzężony jest z motoreduktorem 7, usytuowanym na szczycie reaktora. Ponadto, w dolnym obszarze części cylindrycznej 10 zamocowane jest stożkowe sito 2, natomiast w górnym obszarze, powyżej górnej powierzchni złoża sorbentu 3 usytuowane są dysze zraszające 5. Reaktor wyposażony jest w kanał wlotowy 1 zanieczyszczonych spalin, usytuowany poniżej sita stożkowego 2 oraz kanał wylotowy 4 odsiarczonych spalin, znajdujący się powyżej poziomu zamocowania dysz zraszających 5. Ponadto reaktor ma rurę wysypową 9, normalnie zamkniętą i wypełnioną sorbentem, ponieważ w trakcie pracy reaktora następuje zużycie sorbentu. Usuwanie złoża następuje po zatrzymaniu pracy reaktora.The reactor consists of a cylindrical part 10 containing a sorbent bed 3 and a discharge funnel 8 in which the post-reaction product is collected. In the cylindrical part 10, in the longitudinal axis of the reactor, there is a circulation pipe 11 with a vertical screw conveyor 6 arranged inside, the output shaft of which is coupled to a gear motor 7 located at the top of the reactor. Moreover, a conical screen 2 is mounted in the lower area of the cylindrical part 10, while in the upper area, above the upper surface of the sorbent bed 3, there are spray nozzles 5. The reactor is equipped with an inlet conduit 1 for polluted exhaust gas, located below the conical screen 2, and an outlet conduit 4. of desulfurized flue gas, located above the mounting level of the spraying nozzles 5. Moreover, the reactor has a discharge pipe 9, normally closed and filled with sorbent, because sorbent is consumed during the operation of the reactor. The removal of the bed takes place after the reactor is stopped.

Sposób odsiarczania spalin przedstawia się następująco:The method of flue gas desulphurization is as follows:

Spaliny wprowadzane są kanałem wlotowym 1 usytuowanym w dolnej części reaktora, a następnie przepływają przez stożkowe sito 2 i złoże 3 kamienia wapiennego, po czym opuszczają aparat kanałem wylotowym 4. Złoże 3 kamienia wapiennego jest zraszane wodą poprzez układ dysz wodnych 5. W reaktorze stosowana jest wewnętrzna recyrkulacja złoża wymuszana za pomocą zamkniętego w rurze pionowego przenośnika ślimakowego 6, napędzanego elektrycznie motoreduktorem 7. Wydzielony drobnoziarnisty produkt poreakcyjny opada poprzez stożkowe sito 2 do leja reaktora 8, skąd jest okresowo usuwany.The flue gas is introduced through the inlet channel 1 located in the lower part of the reactor, and then flows through the conical sieve 2 and the limestone bed 3, and then leaves the apparatus through the outlet channel 4. The limestone bed 3 is sprinkled with water through a system of water nozzles 5. The reactor uses internal recirculation of the bed forced by a vertical screw conveyor 6 closed in a pipe, driven electrically by a geared motor 7. The separated fine-grained post-reaction product falls through the conical sieve 2 into the reactor funnel 8, from where it is periodically removed.

Transport złoża za pomocą przenośnika ślimakowego 6 umożliwia mieszanie złoża, odnawianie powierzchni ziaren, ścieranie przereagowanej warstwy produktu poreakcyjnego, ponadto zapobiega cementowaniu złoża.The transport of the bed by means of the screw conveyor 6 enables mixing the bed, renewing the surface of the grains, abrasion of the reacted layer of the post-reaction product, and also prevents cementing of the bed.

Przedstawione rozwiązanie umożliwia lepsze wykorzystanie złoża, ponieważ spaliny przepływają pełnym przekrojem przez całą wysokość złoża.The presented solution enables a better use of the bed, because the flue gas flows through the full cross-section of the entire height of the bed.

Do zalet rozwiązania należy zaliczyć również małe zapotrzebowanie mocy z uwagi na konieczność napędzania ślimaka transportującego tylko część złoża, oraz niższą prędkość przepływu spalin przez złoże, co powoduje wydłużenie się czasu kontaktu cząstek gazu z cząstkami sorbentu oraz minimalizację efektu porywania cząstek sorbentu.The advantages of the solution also include low power demand due to the need to drive the screw transporting only a part of the bed, and a lower flow velocity of exhaust gas through the bed, which results in an extension of the contact time of gas particles with sorbent particles and minimization of the effect of entrainment of sorbent particles.

PL 207 208 B1PL 207 208 B1

Korzystnym skutkiem przedstawionego rozwiązania jest też zraszanie całego przekroju złoża, przez co złoże jest równomiernie nawilżone i nie występują w związku z tym nieaktywne cząstki sorbentu. Dodatkowo, taki mechanizm zraszania powoduje odpylanie cząstek stałych, które mogłyby zostać porwane ze złoża. Efekt ten, w połączeniu z małą prędkością przepływu gazu przez złoże, powoduje brak konieczności stosowania dodatkowego odpylacza za reaktorem.A beneficial effect of the presented solution is also the sprinkling of the entire cross-section of the bed, thanks to which the bed is evenly wetted and there are no inactive sorbent particles. Additionally, this sprinkling mechanism causes dust removal of solid particles that could be entrained from the bed. This effect, combined with the low gas flow rate through the bed, makes it unnecessary to use an additional dust collector downstream of the reactor.

Claims

Patent claims

The method of semi-dry flue gas desulphurization consisting in forced flow of boiler flue gases through a bed of sorbent in the form of limestone particles in a vertically located reactor, activated with water and displaced in the reactor, during which the constant absorption of sulfur compounds by the sorbent bed is carried out, characterized by the fact that that the flue gas is passed through the full cross section from the bottom up through the entire height of the sorbent bed / 3 /, the upper surface of which is continuously sprinkled with water during the flue gas desulphurization process, and the sorbent bed is subjected to a continuous internal recirculation process during the flue gas desulphurization process. the reactor, where in the middle region of the reactor, formed around its longitudinal axis and limited by the cylindrical surface of the circulation pipe / 11 /, the bed particles located in the lower conically lying part of the bed are constantly lifted upwards by a spiral movement, during which the bed particles containing the s The post-reaction product resulting from the absorption of sulfur compounds is renewed by abrasion of the outer layer of the post-reaction product, and the particles of the bed without the post-reaction product and particles of the released post-reaction product, with much smaller dimensions, are moistened on the upper level and directed to the area outside the cylindrical circulation pipe / 11 /, then they fall in this area, and in the final fall phase they are directed to the lower layer lying on the conical sieve surface, from which the post-reaction product particles are eliminated in the screening process, while the sorbent bed particles are again carried away in the middle region of the reactor. worm upward.

2. Reactor for desulphurization of flue gas using the semi-dry method, equipped with a flue gas inlet and outlet duct and a sprinkling installation, characterized by the fact that in the lower cylindrical part / 10 / of the reactor, a conical sieve / 2 / and a circulation pipe / 11 / z located centrally in the reactor axis a vertical screw conveyor placed inside / 6 /.

3. A flue gas desulfurization reactor according to claim 1, 2. A method according to claim 2, characterized in that it has an inlet / 1 / flue gas below the conical screen / 2 / and an outlet / 4 / flue above the mounting level of the spray nozzles / 5 /.

4. A flue gas desulfurization reactor according to claim 1, A method as claimed in claim 2, characterized in that the cylindrical part / 10 / ends with a discharge funnel / 8 / for the post-reaction product.

5. A flue gas desulfurization reactor according to claim 1, A method according to claim 2, characterized in that it is equipped with a discharge nozzle / 9 / of the used bed.