PL212933B1

PL212933B1 - Sposób spalania z wytwarzaniem pary

Info

Publication number: PL212933B1
Application number: PL370066A
Authority: PL
Inventors: Ovidiu Marin; Scott Macadam; Erwin Penfornis; Fabienne Chatel-Pelage
Original assignee: Air Liquide
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2012-12-31
Also published as: ATE492329T1; PL370066A1; AU2003245739A1; EP1474219B1; EP1474219A1; WO2003068368A1; US20050233274A1; US7320288B2; US6935251B2; AU2003245739B2; CN1298412C; DE60335449D1; US20040001788A1; CN1633327A

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób spalania z wytwarzaniem pary.

Chodzi tu zwłaszcza o sposób spalania z wykorzystaniem gazu wzbogaconego w tlen oraz obróbki gazów spalinowych.

Przemysłowe układy spalania są głównym źródłem emisji dwutlenku siarki (SO2), tlenków azotu (NOx) i rtęci (Hg), jak również dwutlenku węgla (CO2). Niezależnie od Protokołu z Kyoto, czy ostatnich inicjatyw rządu amerykańskiego, te przemysłowe instalacje do spalania będą musiały być aktualnie zgodne z coraz ostrzejszymi przepisami dotyczącymi tych zanieczyszczeń.

Spalanie paliw kopalnych w kotłach komunalnych, kotłach przemysłowych, paleniskach, piecach, itp., daje w wyniku tworzenie się znacznych ilości zanieczyszczeń. Spalanie węgla prowadzi na przykład do tworzenia się między innymi SOx, NOx, Hg i materiału w postaci cząstek. Udowodniono, że wszystkie te substancje są szkodliwe dla ludzkiego zdrowia.

Typowy sposób zmniejszania emisji materiału w postaci cząstek, Hg, NOx i SOx z kotłów do wytwarzania pary, stosowanych w instalacjach elektrycznych, polega na stosowaniu urządzenia do obróbki gazów spalinowych, włącznie z elektrofiltrami (ESP), stacjami worków filtracyjnych z tkanin, układami katalitycznymi albo skruberami mokrymi i suchymi. Urządzenia te są duże i bardzo kosztowne do nabycia i w eksploatacji, podnosząc znacznie koszty kapitałowe urządzenia i zwiększając koszty eksploatacji. Wymagają one typowo wielkiej przestrzeni na miejscu instalacji i zwiększają aż do pięćdziesięciu procent koszty elektryczności wytworzonej w instalacji elektrycznej.

W piecach szklarskich spalanie ze wzbogacaniem w tlen wykorzystano głównie z dwóch powodów: w celu zwiększenia wydajności procesu i w celu zmniejszenia wytwarzania się NOx. Przykładowo wydajność wytwarzania szkła zwiększa się przez zapewnienie około 20 - 25% oszczędności paliwa przy spalaniu za pomocą tlenu w porównaniu ze spalaniem za pomocą powietrza.

Przy tym jednak spalanie ze wzbogacaniem w tlen w piecach szklarskich nie wpływa na objętość poddawanych obróbce gazów spalinowych, ponieważ opuszczające piec gazy spalinowe o wysokiej temperaturze rozcieńczają się w powietrzu obniżając swoją temperaturę przed obróbką gazów spalinowych w celu usunięcia szkodliwych emisji. Stąd koszty obróbki gazów spalinowych, w stosunku do objętości poddawanych obróbce gazów spalinowych, pozostają w zasadzie stałe, gdy w piecach szklarskich następuje zmiana od opalania za pomocą powietrza do opalania ze wzbogaceniem w tlen. Wreszcie należy brać pod uwagę koszty wytwarzania tlenu. Stąd lepsza emisja NOx i sprawność energetyczna wynikające z opalania ze wzbogacaniem w tlen w piecach szklarskich nie zawsze przekłada się w tych piecach na związane z tym oszczędności kosztów.

W przeciwieństwie do tego w kotłach do wytwarzania pary, takich jak kotły w instalacjach do wytwarzania energii elektrycznej, wielkość zanieczyszczenia spowodowanego przez kocioł jest na ogół wysoka na skutek stosowanych paliw, a koszty kontroli zanieczyszczenia stanowią znaczną część kosztów produkcji energii.

Jeden ze sposobów zmniejszenia kosztów obróbki gazów spalinowych w układach spalania do wytwarzania energii jest łączenie różnych technik zmniejszania zanieczyszczeń w jednej operacji, znane jako kontrola wielu zanieczyszczeń. U Alixa et al. (amerykańskie opisy patentowe nr US 6132692, 6117403 i 5871703) i McLarnona et al. (McLarnon, C.R., Jones, M.D., „Electro-Catalytic Oxidation Process for Multi-Pollutant Control at FirStEnergy's R.E. Burger Generating Stadion”, publikacji przedstawionej w Electric Power 2000, Cincinnati, OH, 5 kwietnia 2000) proponuje się sposób zmniejszania emisji NOx, SO2, Hg, i cząstek stałych w pojedynczym układzie, w którym do utleniania NOx, SO2 i Hg odpowiednio do HNO3, H2SO4 i HgO stosuje się oparty na plazmie reaktor z wyładowaniem barierowym. W tym reaktorze pulsujące wyładowanie pomiędzy dwiema elektrodami oddzielonymi dielektrykiem wytwarza indywidua rodnikowe, takie jak OH, O i H, w stosunkowo niskich temperaturach 65,5 - 148,9°C (150-300°F). Te rodniki szybko przekształcają SOx, NOx i Hg w wyższe tlenki. Kwasy, HgO i materiał w postaci cząstek usuwa się następnie w mokrym elektrofiltrze, przy czym jednak na skutek znacznych ilości poddawanego obróbce gazu zużycie energii w reaktorze może być dość wysokie, do około 5% całej instalacji energetycznej. Ten proces jest opisany tylko w odniesieniu do zastosowań spalania za pomocą powietrza i brak jest odniesienia do układów ze wzbogaceniem w tlen.

W opisie patentowym US 5590519A ujawniono sposób spalania z wytwarzaniem pary obejmujący zawracanie do obiegu (recykling) gazów spalinowych jako gazu rozcieńczającego do komory spalania przy rozruchu.

PL 212 933 B1

Zatem byłoby pożądane opracowanie sposobu lepszej kontroli emisji w kotłach do wytwarzania energii i ewentualnie pary drogą stosowania spalania ze wzbogaceniem w tlen.

Sposób spalania z wytwarzaniem pary, obejmujący:

dostarczenie wzbogaconego w tlen strumienia gazu o zawartości tlenu od 21 do 100%, tworzenie strumienia utleniacza, obejmującego strumień gazu wzbogacony w tlen, spalanie paliwa w strumieniu utleniacza w komorze spalania z wytwarzaniem pary i wytwarzanie gazów spalinowych o masowym natężeniu przepływu, które jest mniejsze niż masowe natężenie przepływu gazów spalinowych wytworzonych w komorze spalania, gdy pracuje ona z tym samym masowym natężeniem przepływu paliwa i z powietrzem jako strumieniem utleniacza oraz zmniejszanie w gazach spalinowych ilości co najmniej jednego spośród materiału w postaci cząstek, SOx, NOx i rtęci za pomocą układu kontroli zanieczyszczeń w gazach spalinowych, charakteryzujący się według tym, że etap tworzenia strumienia utleniacza polega na doprowadzaniu gazu rozcieńczającego zawierającego zawrócone mokre albo suche gazy spalinowe do gazu wzbogaconego w tlen z utworzeniem strumienia utleniacza.

Korzystnie gaz rozcieńczający zawiera co najmniej powietrze, CO2, N2 albo parę.

Korzystnie strumień gazu wzbogaconego w tlen ma zawartość tlenu około 90% albo większą.

Korzystnie strumień utleniacza ma zawartość tlenu około 90% albo większą.

Korzystnie strumień gazu wzbogaconego w tlen wytwarza się za pomocą urządzenia do rozdzielania powietrza, skonfigurowanego do rozdzielania powietrza na co najmniej pierwszy strumień gazowego tlenu o czystości około 90% albo większej i drugi strumień.

Korzystnie drugi strumień jest azotem o czystości około 90% albo większej.

Korzystnie strumień gazu wzbogaconego w tlen wytwarza się za pomocą urządzenia do rozdzielania powietrza, skonfigurowanego do rozdzielania powietrza co najmniej na pierwszy strumień gazowego tlenu o czystości około 95% albo większej i drugi strumień.

Korzystnie drugi strumień jest azotem o czystości około 98% albo większej.

Korzystnie strumień utleniacza doprowadza się do komory spalania w postaci szeregu strumieni o różnych składach.

Korzystnie obejmuje ponadto wytwarzanie elektryczności za pomocą pary z komory spalania.

Korzystnie paliwo stanowi gaz ziemny, gazy odpadowe z procesów przemysłowych albo inne paliwa gazowe.

Korzystnie paliwo stanowi węgiel, koks, pozostałości na ruszcie, ciężkie stałe pozostałości albo inne paliwa stałe.

Korzystnie paliwo stanowi olej, ciekłe ciężkie pozostałości albo inne paliwa ciekłe.

Korzystnie układ kontroli zanieczyszczeń w gazach spalinowych obejmuje oddzielne urządzenia do zmniejszania poziomu materiału w postaci cząstek, SOx, NOx i rtęci.

Korzystnie układ kontroli zanieczyszczeń w gazach spalinowych obejmuje połączone urządzenie do zmniejszania poziomu co najmniej dwóch spośród materiału w postaci cząstek, SOx, NOx i rtęci.

Korzystnie układ kontroli zanieczyszczeń w gazach spalinowych obejmuje oparte na plazmie urządzenie do obróbki gazów spalinowych do utleniania co najmniej jednego spośród NO, SO2 i Hg do tlenków rozpuszczalnych w wodzie.

Korzystnie oparte na plazmie urządzenie do obróbki gazów spalinowych wzmacnia się drogą wstrzykiwania tlenu.

Korzystnie stosuje się zbiornik absorpcyjny i mokry filtr elektrostatyczny, odbierające rozpuszczalne w wodzie tlenki z opartego na plazmie urządzenia do obróbki gazów spalinowych i zmniejszające ilość rozpuszczalnych w wodzie tlenków.

Korzystnie masowe natężenie przepływu gazów spalinowych opuszczających komorę spalania jest co najmniej dwa razy mniejsze niż masowe natężenie przepływu gazów spalinowych opuszczających komorę spalania, gdy komora spalania pracuje w takich samych warunkach z wyjątkiem powietrza jako strumienia utleniacza.

Korzystnie układ kontroli zanieczyszczeń w gazach spalinowych obejmuje urządzenia, które mają przepustowości gazów spalinowych mniejsze niż przepustowość gazów spalinowych wymagana do obróbki gazów spalinowych wytworzonych przez komorę spalania, gdy pracuje ona z powietrzem jako strumieniem utleniacza.

Przedmiot wynalazku jest bliżej opisany w przykładach wykonania na rysunku, na którym podobne elementy są opatrzone podobnymi odnośnikami liczbowymi i na którym fig. 1 przedstawia schematycznie przykład układu spalania do realizacji sposobu spalania z wytwarzaniem pary według

PL 212 933 B1 niniejszego wynalazku, fig. 2 - schematycznie przykład układu podawania utleniacza z fig. 1 z układem podawania gazu rozcieńczającego, fig. 3 - schematycznie inny przykład układu spalania do wytwarzania pary z układem podawania gazu rozcieńczającego, wykorzystującym zawrócone gazy spalinowe, fig. 4 - schematycznie dodatkowy przykład układu wytwarzania strumienia wzbogaconego w tlen z fig. 1, fig. 5 - schematycznie przykład układu do obróbki gazów spalinowych z fig. 1, i fig. 6 schematycznie inny przykład wykonania układu do obróbki gazów spalinowych z fig. 1.

Wynalazek obejmuje sposób spalania z wytwarzaniem pary do kontroli emisji z zastosowaniem wzmocnienia tlenowego w którym zastępowanie przynajmniej części powietrza do spalania dla układu spalania z wytwarzaniem pary utleniaczem otrzymanym z gazu wzbogaconego w tlen, rozcieńczonego albo nierozcieńczonego zawróconym gazem spalinowym, powietrzem, N2, CO2 albo parą pozwala zmniejszyć objętość i masowe natężenie przepływu gazów spalinowych opuszczających komorę spalania albo instalację, w której ma miejsce spalanie, stwarzając zatem korzystne warunki do bardziej skutecznej i tańszej kontroli zanieczyszczeń w gazach spalinowych. Znacząca zaleta dodawania strumienia gazu wzbogaconego w tlen polega na tym, że zmniejszenie objętości gazów spalinowych umożliwia wdrożenie o wiele mniejszego wyposażenia do kontroli zanieczyszczeń, ponieważ wielkość wszystkich tych jednostek opiera się głównie na objętości albo masowym natężeniu przepływu poddawanych obróbce gazów spalinowych.

W celu spełnienia coraz to ostrzejszych norm kontroli emisji wymaga się aktualnie, aby kotły opalane pyłem węglowym i inne układy spalania do wytwarzania pary były wyposażone w szereg układów obróbki gazów spalinowych. W przypadku siłowni te urządzenia oznaczają znaczący wzrost kosztów, zarówno pod względem kapitałowym, jak i eksploatacyjnym. W typowej siłowni opalanej węglem urządzenie do kontroli emisji mogłoby składać się ze stacji filtrów workowych i ewentualnie ESP (elektrofiltr) do usuwania materiału w postaci cząstek, mokrego urządzenia do odsiarczania gazów spalinowych (FGD) do kontroli SOx, układu SCR (selektywna redukcja katalityczna) do skutecznej kontroli NOx i układu zmniejszania poziomu rtęci. Główna zaleta dodawania strumienia gazu wzbogaconego w tlen polega na tym, że masowe natężenie przepływu wyczerpanych gazów spalinowych jest znacznie mniejsze, a skutkiem tego objętość gazów spalinowych znacznie zmniejsza się w porównaniu z objętością gazów spalinowych wytworzonych w komorze spalania, gdy pracuje ona z tym samym masowym natężeniem przepływu paliwa, przy tym samym stosunku tlenu do paliwa (albo z tym samym masowym natężeniem przepływu tlenu) i z powietrzem jako strumieniem utleniacza.

Ponieważ wspomniane wyżej wielkości i koszty układów kontroli emisji zależą od masowego natężenia przepływu albo objętości gazu, to dodanie strumienia gazu wzbogaconego w tlen może prowadzić do znacznej oszczędności kosztów. Zastosowanie gazu wzbogaconego w tlen jest związane także z możliwością samoistnego wychwytywania CO2, polegającą na tym, że produkuje się, przy bardzo wysokiej zawartości tlenu i bardzo niskiej zawartości azotu, gazy spalinowe bogate z CO2, które można poddawać bardzo łatwo kondycjonowaniu, sprężaniu, a ostatecznie odprowadzaniu do miejsca odosobnienia. Wychwytywanie CO2 przewiduje się jako dodatkową korzyść w porównaniu do tradycyjnej operacji opalania z użyciem powietrza.

Opisane niżej przykłady wykonania zapewniają możliwość zmniejszania emisji SOx, NOx, rtęci i materiału w postaci cząstek do akceptowalnych poziomów przy atrakcyjnych kosztach. Ponadto, gdy staje się konieczne odosobnienie węgla, to możliwe jest odprowadzanie gazów spalinowych bogatych w CO2 do miejsca odosobnienia przy stosunkowo niewielkim dodatkowym przetwarzaniu.

Na fig. 1 przedstawiono przykład wykonania układu spalania obejmujący komorę spalania 10 i układ 20 kontroli zanieczyszczeń po obróbce gazów spalinowych, przeznaczony do operacji ze wzmocnieniem tlenowym. Określenia „wzmocnienie tlenowe” i „spalanie ze wzmocnieniem tlenowym” odnoszą się do spalania w strumieniu utleniacza, w którym przynajmniej jego część jest strumieniem gazu wzbogaconego w tlen. Określenie gaz wzbogacony w tlen odnosi się do strumienia gazu zawierającego od 21% do 100% tlenu.

W przykładzie przedstawionym na fig. 1 komora spalania 10 jest zasilana strumieniem 32 paliwa z układu podawania 30 paliwa i strumieniem 46 utleniacza z układu podawania 44 utleniacza. Układ podawania 44 utleniacza odbiera strumień 42 gazu wzbogaconego w tlen z układu 40 wytwarzania gazu wzbogaconego w tlen. Strumień 42, gazu wzbogaconego w tlen ma zawartość tlenu wynoszącą od 21% do 100%. Zgodnie z jednym z przykładów realizacji zawartość tlenu w strumieniu gazu wzbogaconego w tlen wynosi około 90% albo więcej, a zwłaszcza około 95% albo więcej. Paliwo spala się w komorze spalania 10 ogrzewając wodę ze źródła 50 zasilania w wodę i wytwarzając parę 52. Parę 52 można podawać na generator elektryczny 54 w celu wytworzenia energii elektrycznej.

PL 212 933 B1

Na fig. 1 strumień 22 gazów spalinowych opuszczający komorę spalania 10 ma objętość gazów spalinowych, która jest mniejsza niż objętość gazów spalinowych wytworzonych przez kocioł, gdy pracuje on z powietrzem jako strumieniem utleniacza. Układ 20 kontroli zanieczyszczeń w gazach spalinowych, odbierający strumień 22 gazów spalinowych z komory spalania 10, zmniejsza w gazach spalinowych poziom przynajmniej jednego spośród materiału w postaci cząstek, SO_x, NO_x i rtęci spełniając normy emisji. Dzięki zmniejszeniu objętości gazów spalinowych układ 20 kontroli zanieczyszczeń jest związany z o wiele mniejszymi kosztami dzięki mniejszej wielkości, w którym osiąga się podobną albo lepszą kontrolę zanieczyszczeń w porównaniu z układem kontroli zanieczyszczeń wymaganym w tradycyjnej operacji z opalaniem za pomocą powietrza. Gazy spalinowe 24 opuszczające układ 20 kontroli zanieczyszczeń można odprowadzać do komina 60 i/lub do układu 70 kondycjonowania i odosobnienia CO₂.

Na fig. 2 i 3 przedstawiono przykłady wynalazku, w których układ spalania do realizacji sposobu według wynalazku obejmuje układ podawania utleniacza, obejmujący z kolei układ 48 podawania gazu rozcieńczającego w celu zapewnienia strumienia 46 utleniacza dla komory spalania 10.

Układ 48 podawania gazu rozcieńczającego podaje regulowaną ilość gazu rozcieńczającego, takiego jak powietrze, H₂O, CO₂, N₂ albo gazy spalinowe. Strumień 49 gazu rozcieńczającego łączy się ze strumieniem 42 gazu wzbogaconego w tlen tworząc strumień 46 utleniacza. Strumień 46 utleniacza można doprowadzać do komory spalania 10 w postaci jednego albo więcej strumieni. Gdy strumień 46 utleniacza doprowadza się w postaci więcej niż jednego strumienia, to kilka strumieni może być takich samych albo różnić się od opisanego strumienia utleniacza, który jest średnią wszystkich strumieni utleniacza, jak gdyby strumienie utleniacza były zmieszane ze sobą w pojedynczy strumień.

Jak przedstawiono na fig. 3, układ podawania gazu rozcieńczającego może obejmować strumień 80 zawróconych albo poddanych recyrkulacji gazów spalinowych, który doprowadza się do strumienia 42 gazu wzbogaconego w tlen albo samodzielnie albo w połączeniu z innymi gazami rozcieńczającymi. Układ 48 podawania gazu rozcieńczającego reguluje podawanie gazu rozcieńczającego w celu uzyskania strumienia 46 utleniacza w postaci syntetycznego powietrza ze zoptymalizowaną zawartością tlenu dla zastosowania do szczególnego spalania. Gdy zastosowany gaz rozcieńczający jest poddanym recyrkulacji gazem spalinowym, to masowe natężenie przepływu utleniacza wstrzykiwanego do komory spalania może być równoważne masowemu natężeniu przepływu utleniacza w przypadku opalania z użyciem powietrza, lecz końcowe natężenie przepływu poddawane obróbce w układach kontroli zanieczyszczeń jest w rzeczywistości niższe na skutek recyrkulacji, która usuwa część gazów spalinowych. Natomiast w przypadku, gdy zastosowany gaz rozcieńczający jest powietrzem, N2, CO2 albo parą, to ilość tego gazu rozcieńczającego powinna być taka, aby ogólne masowe natężenie przepływu utleniacza było niższe niż masowe natężenie przepływu powietrza wymagane w przypadku opalania za pomocą powietrza.

Komora spalania 10 może obejmować każdy przemysłowy układ spalania do wytwarzania pary, w którym można wdrożyć spalanie ze wzmocnieniem tlenowym, na ogół taki jak, lecz nie tylko, instalacje do wytwarzania energii albo instalacje do wytwarzania pary, kotły opalane węglem, kotły opalane gazem i kotły przemysłowe. W tych komorach spalania do wytwarzania pary dotychczas na ogół nie stosowano wzmocnienia tlenowego na skutek kosztów wdrażania układów wzbogaconych w tlen, podczas gdy z niektórymi emisjami zanieczyszczeń nie były związane duże kary pieniężne.

Wynalazek jest użyteczny w przypadku komór spalania 10, w których stosuje się paliwa gazowe, ciekłe i stałe, włącznie z gazem ziemnym, gazami odpadowymi z procesów przemysłowych, inn ymi paliwami gazowymi, olejem, ciekłymi ciężkimi pozostałościami, węglem, koksem, pozostałościami z rusztu mechanicznego, stałymi ciężkimi pozostałościami i innymi stałymi paliwami. Paliwa stałe zwykle miele się, w postaci takiej jak miał węglowy, i przenosi w postaci strumienia 32 paliwa do komory spalania 10 za pomocą gazu przenoszącego, który może obejmować powietrze, gazy spalinowe, utleniacz albo inny gaz. Paliwa ciekłe można rozpylać na parę przed wejściem do komory spalania 10.

W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 4 strumień 90 powietrza rozdziela się najpierw w urządzeniu 40 do rozdzielania powietrza, takim jak, lecz nie ograniczonym do układ niskich temperatur, przepona albo adsorpcyjny układ PSA albo VSA, z utworzeniem strumienia tlenu o wysokiej czystości, przy czym jako produkt uboczny wytwarza się azot. Zgodnie z jednym z przykładów, strumień 42 tlenu ma czystość około 90% albo większą, a zwłaszcza 95% albo większą, a strumień 94 azotu ma czystość około 90% albo większą, a zwłaszcza 98% albo większą. Wytwarzać można także strumień

PL 212 933 B1 argonu, który może stanowić mieszaninę argonu i tlenu, wymagającą dodatkowego urządzenia rozdzielającego do wytwarzania strumienia w zasadzie czystego argonu.

Strumień 42 w zasadzie czystego tlenu albo gaz wzbogacony w tlen z urządzenia 40 do rozdzielania powietrza można wstrzykiwać do komory spalania 10 bezpośrednio albo strumień 42 wzbogacony w tlen można mieszać z jednym albo więcej gazów rozcieńczających za pomocą układu 48 podawania gazu rozcieńczającego. Układ wytwarzania gazu wzbogaconego w tlen może obejmować alternatywnie zbiornik ciekłego tlenu albo rury do podawania ciekłego tlenu.

Strumień 22 gazów spalinowych z procesu spalania przesyła się do szeregu urządzeń do kontroli zanieczyszczeń, które tworzą układ kontroli zanieczyszczeń 20 po obróbce gazów spalinowych. Układ 20 kontroli zanieczyszczeń umożliwia usunięcie części albo całej ilości jednego albo więcej spośród materiału w postaci cząstek, SO_x, NO_x i rtęci (każdy z tych związków jest opcjonalny w zależności od procesu) przed dalszym wykorzystaniem (takim jak układy odzyskiwania ciepła) albo odprowadzeniem do komina 60.

Zgodnie z przykładem, pokazanym na fig. 5, układ 20a kontroli zanieczyszczeń obejmuje układ 100 usuwania materiału w postaci cząstek, układ 102 usuwania SO_x, układ 104 usuwania rtęci i układ 106 usuwania NO_x.

Poza tym, jak pokazano na figurach, wynalazek może obejmować także opcjonalnie kondycjonujące miejsce 70 odosobnienia CO₂ albo ponownego wykorzystania (ponowne wykorzystanie drogą odzyskiwania wzmocnionego oleju, metanu ze złoży węglowych itp.). Czyste gazy spalinowe 24 bogate w CO₂ z tego procesu podaje się do miejsca 70 odosobnienia uzyskując dodatkową korzyść z wychwytywania CO₂. Jeżeli strumień gazów spalinowych ma być poddawany odosobnieniu albo ponownie wykorzystywany, to wymagana obróbka gazów spalinowych mogłaby być zmniejszona do poziomu kondycjonowania CO2 i wymagań co do rur (maksymalna zawartość dopuszczona dla kwaśnych gazów z NOx, SOx, itp.).

Układy do realizacji sposobu według niniejszego wynalazku można wdrażać drogą modernizacji istniejących układów spalania albo w nowych układach. Jedna z głównych interesujących korzyści niniejszego wynalazku polega na tym, że jaka by nie była konfiguracja (modernizacja albo nowa konstrukcja), to częściowe usuwanie azotu w strumieniu 46 utleniacza zmniejsza objętość gazów spalinowych, a zatem i masowe natężenie przepływu, o współczynnik dwa i aż do czterech w porównaniu z przypadkiem wdmuchiwania powietrza, co zapewnia znaczne korzyści. Jedna z korzyści eliminacji balastu azotowego w strumieniu 46 utleniacza, bez kompensowania całej usuniętej ilości dalszego gazu rozcieńczającego, polega na zwiększeniu adiabatycznej temperatury płomienia. To zjawisko jest główną cechą charakterystyczną spalania ze wzbogaceniem w tlen i może być wykorzystywane do zwiększenia sprawności różnych układów spalania.

Korzyść z dodawania strumienia gazu wzbogaconego w tlen do układu spalania polega, oprócz tej pierwszej korzyści, na tym, że zmniejszenie objętości gazów spalinowych (poprzez usuwanie azotu) umożliwia wdrażanie o wiele mniejszego układu 20 kontroli zanieczyszczeń, ponieważ wielkość urządzeń do obróbki gazów spalinowych opiera się głównie na objętości albo masowym natężeniu przepływu poddawanych obróbce gazów spalinowych. Co więcej, w zastosowaniach z opalaniem ze wzbogaceniem w tlen, jak w kontekście niniejszego wynalazku, brak azotu rozcieńczającego będzie prowadzić do podwyższonych poziomów zanieczyszczeń w gazach spalinowych. Wysokie stężenia zanieczyszczeń będą zwiększać ich absorpcję w różnych układach kontroli zanieczyszczeń, zwiększając skuteczność usuwania wszystkich indywiduów.

Jednym z przykładów zmniejszenia kosztów osiąganych dzięki wzmocnieniu tlenowemu jest przykład płuczek do odsiarczania gazów spalinowych (FGD), przy czym ten rodzaj urządzeń daje doskonałe wyniki usuwania SO2 i są to procesy elastyczne, lecz stosunkowo kapitałochłonne i roboczochłonne. Jeden ze sposobów zmniejszenia kosztów FGD, z zachowaniem przynajmniej tej samej skuteczności usuwania SOx, polega na zmniejszeniu objętości gazów spalinowych, które wymagają obróbki, i jest to dokładnie to, co osiąga się drogą wzmocnienia tlenowego. Zakładając, że koszty płuczki odpowiadają wykładnikowi powiększenia skali 0,6, można wykazać, że gdy wzbogacenie w tlen zbliża się do 100%, to można osiągnąć 50 - 60% zmniejszenie kosztów kapitałowych. Większe zmniejszenie masowego natężenia przepływu gazów spalinowych da zatem w wyniku znaczne oszczędności FGD dla operatorów danej użyteczności.

Inna korzyść ze wzmocnienia tlenowego polega na tym, że usunięcie azotu ze strumieni utleniacza razem z zawracaniem części NOx przy recyrkulacji gazów spalinowych znacznie zmniejszy tworzenie się NOx albo zniszczy część poprzednio utworzonego NOx. Strategia zmniejszania ilości

PL 212 933 B1

NOx, która łączy wzmocnienie tlenowe na przykład z palnikiem z niskiej emisji NOx i/lub techniką stopniowania skutecznego spalania i/lub ze schematem recyrkulacji gazów spalinowych będzie znacznie zmniejszać wielkości tworzenia się NOX. W rzeczywistości te techniki mogłyby nawet zastępować konwencjonalne procesy usuwania NOX, takie jak selektywna redukcja katalityczna (SCR).

Alternatywnie, jeżeli poziom emisji NOx pozostaje powyżej dopuszczalnych norm, to mniejsza objętość gazów spalinowych przynajmniej umożliwi stosowanie urządzeń 106 do usuwania NO_xo znacznie mniejszej wielkości. W przypadku kosztów kapitałowych SCR wynoszących w przybliżeniu 80$/kW, oszczędności kapitałowe będą bardzo znaczne.

Wzmocnienie tlenowe będzie dawać także znaczne korzyści pod względem wychwytywania CO2. Ciągły wzrost stężeń CO2 w atmosferze może skłaniać do podejmowania nowych środków do hamowania emisji CO2 z siłowni opalanych kopalinami. Uważa się, że spalanie paliw kopalnych jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do zwiększania stężeń CO2 i należy oczekiwać, że potencjalne przepisy dotyczące CO2 będą ostatecznie ukierunkowane na procesy spalania przemysłowego, w których stosuje się paliwa tego rodzaju.

Aktualne technologie wychwytywania, transportu i gospodarki CO2 są energochłonne i kosztowne. Większość kosztów jest związana raczej z procesem oddzielania CO2 niż z transportem i odosobnianiem. Większość szeroko akceptowanych technik usuwania CO2 z gazów spalinowych polega na stosowaniu absorbentów, takich jak jednoetanoloamina (MEA) albo innych reagentów chemicznych. Regeneracja absorbentu jest nadzwyczaj energochłonna i prowadzi do rozkładu reagentu stwarzając problemy związane z korozją. Usuwanie CO2 z gazów spalinowych albo ze strumienia gazu wzbogaconego w tlen mogłoby być znacznie ułatwione, gdyby powietrze do spalania zastąpić tlenem, tak jak zaproponowano w niniejszym wynalazku, eliminując skutki rozcieńczenia składnika azotowego i konieczność płukania gazów spalinowych. W przypadkach wysokiego wzmocnienia tlenowego oczyszczone gazy spalinowe będą miały wysokie poziomy CO2, który można upłynnić, sprężać i albo sprzedawać jako produkt albo odprowadzać do miejsca odosobnienia, takiego jak pole zwiększonego wydobycia ropy (EOR). W takich przypadkach układ 20 obróbki gazów spalinowych służy także jako układ oczyszczania CO₂.

Ekonomiczna ocena koncepcji wzmocnienia tlenowego może wskazywać także na żywotność układu i sposobu opisanego wyżej spalania ze zwiększonym stosowaniem utleniacza. Oczywiście, różne koszty i ich rozłożenie będą zmieniać się od jednego zastosowania przemysłowego do drugiego, przy czym jednak można przeprowadzić ocenę ogólną. Przypadek podstawowy w jednym z przykładów stanowiłby konwencjonalny proces z nadmuchem powietrza z urządzeniem FGD, urządzeniem do usuwania NOx, układami do usuwania materiału w postaci cząstek i rtęci (takimi jak elektro-filtry, stacje filtrów workowych, płuczki, SCR, itp.). Pod uwagę bierze się także scenariusz z wychwytywaniem CO2. W przypadku wychwytywania CO2 podstawowa instalacja obejmuje układ płukania oparty na MEA, co nie będzie wymagane w przypadku spalania z tlenem, ponieważ wytwarza on samoistnie czynnik wypływający bogaty w CO2.

Koszty kapitałowe układu spalania ze wzmocnieniem tlenowym zmniejszają się co najmniej o około 40%. Ta ocena jest oceną ostrożną i wyjaśnia to, że na niektóre składniki nie będą wpływać mniejsze objętości gazów spalinowych. Podobnie, co się tyczy kontroli emisji SOx, rtęci i materiału w postaci cząstek, koszty związanego z tym wyposażenia są mniejsze, ostrożnie licząc o około 33%. Dzięki bardzo małym wielkościom tworzenia się NOx, oczekiwanym w przypadku nowej instalacji ze spalaniem ze wzmocnieniem tlenowym, jednostkę SCR usuwa się z procesu.

Te oceny wskazują, że koszty kapitałowe urządzenia do rozdzielania powietrza (ASU) albo innego urządzenia 40 do wytwarzania gazu będą skompensowane z nadwyżką dzięki zmniejszeniu kosztów związane ze zmniejszeniem wielkości układu spalania i układu 20 kontroli zanieczyszczeń oraz eliminacją jednostki SCR. W scenariuszu z wychwytywaniem CO₂ układ ze wzmocnieniem tlenowym ma nawet większą zaletę pod względem kosztów w porównaniu z układem podstawowym.

Poza tym urządzenie 40 do rozdzielania powietrza na fig. 4 jest układem wielu produktów, wytwarzającym strumień 94 w zasadzie czystego azotu oprócz strumienia 42 tlenu. W danym zastosowaniu ASU będzie zoptymalizowane pod kątem produkcji tlenu, azotu i ewentualnie argonu o pożąd anych czystościach i ciśnieniach. W jednym szczególnym przypadku ASU można optymalizować pod kątem produkcji niskociśnieniowego gazowego tlenu do procesu spalania i strumienia wysokowartościowego azotu. W ten sposób dochód z produktu ubocznego w postaci azotu, może skompensować koszty produkcji tlenu. Ta analiza sugeruje, że ta technologia, gdy jest stosowana w nowej instalacji przemysłowej na pełną skalę, jest ekonomicznie racjonalna.

PL 212 933 B1

Zatem ten układ spalania do realizacji sposobu spalania z wytwarzaniem pary stwarza nowy sposób podejścia do kontroli wielu zanieczyszczeń w przemysłowych procesach spalania, ponieważ umożliwia bardziej skuteczne i tańsze usuwanie SOx, NOx, rtęci i materiału w postaci cząstek, przy czym ta wysoka skuteczność jest możliwa dzięki wdrożeniu spalania ze wzmocnieniem tlenowym w układzie spalania i uzyskanym drastycznym zmniejszeniem ilości poddawanych obróbce gazów spalinowych.

Dodatkowo, gdy odosobnienie węgla staje się rzeczywistością, to opisany sposób umożliwia doprowadzanie gazów spalinowych 24 bogatych w CO₂ do miejsca odosobnienia ze stosunkowo nieznacznym przetwarzaniem, oferując zatem inną korzyść zmniejszenia olbrzymich kosztów w porównaniu z aktualnymi układami z opalaniem za pomocą powietrza.

Zaproponowany zintegrowany sposób zatem prowadzi do nowej generacji procesów spalania, charakteryzujących się nie tylko niskimi/zerowymi emisjami, lecz także wysoką skutecznością i mniejszymi kosztami kapitałowymi, co drastycznie polepsza ich konkurencyjność w świecie przemysłowym coraz ostrzej regulowanym pod względem emisji.

Na fig. 6 przedstawiono alternatywne ukształtowanie układu 20b kontroli zanieczyszczeń w gazach spalinowych po obróbce, obejmującego urządzenie 112 do obróbki gazów spalinowych w oparciu o plazmę. Strumień 22 gazów spalinowych na fig. 6 wchodzi do układu 20b kontroli zanieczyszczeń, obejmującego układ 110 usuwania materiału w postaci cząstek i oparte na plazmie urządzenie 112, takie jak reaktor z wyładowaniem barierowym. Celem tego urządzenia 112 jest wytwarzanie indywiduów rodnikowych, które utleniają zanieczyszczenia w stosunkowo niskich temperaturach, a zatem NO utlenia się do NO2 i HNO3, SO2 do SO3 i H2SO4, a Hg do HgO. Te wyższe tlenki i materiały w postaci cząstek usuwa się następnie w zbiorniku absorpcyjnym, mokrym ESP, itp. Stosując utleniacze ze wzmocnieniem tlenowym zmniejsza się objętość gazów spalinowych wchodzących do układu obróbki gazów spalinowych, umożliwiając przez to stosowanie bardziej zwartego wyposażenia i zmniejszając zużycie energii przez urządzenie. Tworzenie się rodnikowych indywiduów utleniających mogłoby być również zwiększone przez wstrzykiwanie utleniacza ze wzmocnieniem tlenowym przed opartym na plazmie urządzeniem 112. Ten układ daje korzyść polegającą na zmniejszeniu kosztów obróbki gazów spalinowych, a w przypadkach dużego wzmocnienia tlenem wytwarza strumień czystego, stężonego CO2, który można wprowadzić do handlu albo odprowadzać do miejsca odosobnienia.

Przykład wykonania z fig. 6 obejmuje układ 110 usuwania materiału w postaci cząstek, taki jak ESP albo stacja filtrów workowych. Oparte na plazmie urządzenie 112 do obróbki gazów spalinowych może być każdym znanym układem, takim jak jeden z układów znanych z amerykańskich opisów patentowych nr US 6132692, 6117403 i 5871703, który stosuje się do usuwania większości pozostałych zanieczyszczeń. W pierwszym stopniu tego układu reaktor z wyładowaniem barierowym albo podobne urządzenie wytwarza indywidua rodnikowe (OH, O, itp.) zdolne do utleniania zanieczyszczeń w stosunkowo niskich temperaturach. Zatem NO utlenia się do NO2 i HNO3, SO2 do SO3 i H2SO4, a Hg do HgO. Dodatek utleniacza ze wzmocnieniem tlenowym do strumienia wlotowego zwiększyłby stężenie tlenu i potencjalnie zwiększyłby tworzenie się indywiduów rodnikowych. Utlenione indywidua i pozostałe materiały w postaci cząstek usuwa się następnie z gazów spalinowych w zbiorniku absorpcyjnym i mokrym elektrofiltrze. Usuwanie SO2 i NO2 można zwiększyć przez dodanie reagenta, takiego jak amoniak. Produkty uboczne nadające się do sprzedaży, takie jak kwas siarkowy, kwas azotowy, azotan amonowy albo siarczan amonowy, odzyskuje się. Układ ten nadaje się też do usuwania metali, takich jak Ni, As, Cu, Pb, Zn, itp. (McLarnon et al.) Ta cecha będzie korzystna dla układów spalania, w których spala się paliwa zawierające metale, na przykład koks naftowy z jego wysokimi zawartościami wanadu i niklu.

Mniejsze masowe natężenie przepływu gazów spalinowych przekłada się na mniejsze i/lub krótsze elektrody w układzie 112 z wyładowaniem barierowym, mniejszy zbiornik absorpcyjny i mniejszy mokry ESP. Mniejszy obszar elektrod zmniejsza także zużycie energii plazmy z wyładowania. Wzbogacenie w tlen przez dodanie tlenu albo strumienia 114 wzbogaconego w tlen do strumienia wchodzącego do reaktora 112 z wyładowaniem barierowym mogłoby także zwiększyć tworzenie się indywiduów utleniających, zmniejszając potencjalnie wymaganą wielkość i zużycie energii przez urządzenie.

Zatem ten układ zapewnia proces kontroli wielu zanieczyszczeń przy niskich kosztach, a w przypadkach wysokiego wzmocnienia tlenowego daje strumień czystego, stężonego CO2, który można wprowadzić do handlu albo odprowadzać do miejsca odosobnienia.

Inne przykłady realizacji dotyczy sposobu modernizacji albo zmiany zasilania w energię przemysłowego układu spalania z wytwarzaniem pary, opalanego za pomocą powietrza, w celu zmniejPL 212 933 B1 szenia ogólnych kosztów kontroli emisji. Sposób obejmuje etapy dołączania układu wytwarzania gazu wzbogaconego w tlen do układu spalania z wytwarzaniem pary, w celu dostarczania wzbogaconego w tlen strumienia zawierającego od 21% do 100% tlenu, doprowadzania strumienia wzbogaconego w tlen do układu podawania utleniacza w celu wytworzenia strumienia utleniacza dla komory spalania układu spalania, oraz osiąganie mniejszego masowego natężenia przepływu gazów spalinowych, opuszczających komorę spalania, dzięki wzmocnieniu utleniacza strumieniem gazu wzbogaconego w tlen. Układ kontroli zanieczyszczeń w gazach spalinowych modyfikuje się korzystając ze zmniejszenia objętości gazów spalinowych i niższych poziomów emisji układu do wytwarzania pary ze wzmocnieniem tlenowym drogą a) zastępowania co najmniej jednego urządzenia w układzie kontroli zanieczyszczeń w gazach spalinowych układu spalania przez urządzenie do kontroli zanieczyszczeń o mniejszej wielkości, które zapewnia podobną albo lepszą kontrolę zanieczyszczeń dla istniejących urządzeń do kontroli zanieczyszczeń, gdy zanieczyszczenie wciąż ma być usuwane w celu spełnienia tych samych norm, b) w przypadku nowych wymaganych urządzeń do kontroli na skutek ostrzejszych przepisów drogą dołączania co najmniej jednego urządzenia w układzie kontroli zanieczyszczeń w gazach spalinowych o mniejszej wielkości niż wielkość wymagana do obróbki gazów spalinowych wytworzonych w tym układzie spalania, gdy pracuje ono z powietrzem i/lub c) usuwania urządzenia przeznaczonego do zmniejszenia poziomu NOx, gdy układ spalania ze wzmocnieniem tlenowym osiąga bardzo niskie poziomy NOx, i urządzenie nie jest wymagane na skutek uzyskanego zmniejszenia emisji.

Przykład

W poniższych tabelach 1, 2 i 3 porównuje się koszty trzech kotłów opalanych pyłem węglowym i tlenem z kosztami konwencjonalnych kotłów opalanych za pomocą powietrza w pewnym zakresie wielkości instalacji. W szczególności zbadano wpływ całkowitego spalania z tlenem na koszty obróbki gazów spalinowych z kotłów węglowych, rozumiejąc, że spalanie za pomocą tlenu daje w wyniku zmniejszenie objętości gazów spalinowych, a skutkiem tego zmniejszenie kosztów kontroli emisji. W celu reprezentowanego porównania, zmniejszenie kosztów porównuje się z kosztami kapitałowymi i eksploatacyjnymi przewidywanego urządzenia do rozdzielania powietrza (ASU), które dostarcza tlen. W tabelach ilustruje się, że koszty ASU są skompensowane oszczędnościami po obróbce, tak że ogólne koszty instalacji zmniejszają się dzięki temu wynalazkowi i byłyby nawet jeszcze mniejsze, gdyby przykłady porównywano z instalacją z nadmuchem powietrza z układem usuwania CO2.

Koszty kapitałowe, eksploatacyjne i ogólne oblicza się dla instalacji z nadmuchem tlenowym i powietrznym dla czterech wielkości instalacji o mocach wyjściowych 30, 100, 200 i 500 MWe. Analizą są objęte raczej te elementy instalacji, które różniły się dla opalania za pomocą powietrza i tlenu, niż określanie kosztów dla pełnych siłowni. Elementy te obejmują:

a) wyposażenie do obróbki gazów spalinowych: mokry FGD dla SOx, SCR dla NOx, wstrzykiwanie węgla aktywnego dla rtęci i ESP dla kontroli materiału w postaci cząstek,

b) urządzenie do rozdzielania powietrza (dla przypadków opalania za pomocą O2),

c) kocioł (istniejące urządzenie dla przypadków opalania powietrzem i modernizacyjnego opalania za pomocą O2, nowe urządzenie dla nowych przypadków opalania za pomocą O2).

Każdy z opisanych niżej trzech przypadków obejmuje konwencjonalny kocioł z nadmuchem powietrza z FGD, SCR, ESP i kontrolą Hg. Brano pod uwagę trzy scenariusze z opalaniem za pomocą O2 (gaz wzbogacony w tlen = prawie czysty O2):

Przypadek 1: Kocioł jest zmodernizowanym układem z nadmuchem O2 z recyrkulacją gazów spalinowych (FGR). Stosuje się układy FGD, SCR, ESP i Hg.

Przypadek 2: Kocioł jest zmodernizowanym układem z nadmuchem za pomocą O2 z recyrkulacją gazów spalinowych (FGR). Stosuje się układy FGD, ESP i Hg. Nie jest konieczny SCR dzięki zmniejszeniu poziomów NOx wynikającemu ze spalania za pomocą tlenu.

Przypadek 3: Kocioł jest nowym, zwartym, urządzeniem z całkowitym nadmuchem O2 bez FGR albo jakiegokolwiek innego gazu rozcieńczającego. Stosuje się układy FGD, ESP i Hg. Nie stosuje się SCR dzięki zmniejszeniu poziomów NOx wynikającemu ze spalania za pomocą tlenu.

PL 212 933 B1

T a b e l a 1 Koszty kapitałowe ($MM) układów opalanych za pomocą powietrza względem układów opalanych za pomocą tlenu w trzech przypadkach

Wielkość instalacji (Mwe)	500	200	100	30
Utleniacz	Powietrze	O2	Powietrze	O2	Powietrze	O2	Powietrze	O2
Koszty urządzenia po obróbce	FGD	$129,60	$83,80	$78,50	$55,10	$59,50	$41,70	$36,70	$25,80
	SCR	$30,70	$11,40	$16,90	$6,30	$10,80	$4,00	$4,90	$1,80
	Hg (wstrzykiwanie węgla)	$0,75	$0,21	$0,36	$0,10	$0,21	$0,06	$0,08	$0,02
	ESP	$25,00	$8,90	$13,60	$4,80	$8,60	$3,10	$3,90	$1,40
Całkowite koszty po obróbce	$186,05	$104,31	$109,36	$66,30	$79,11	$48,86	$45,58	$29,02
Koszty po obróbce względem przypadku podstawowego		-44%		-39%		-38%		-36%
Koszty wytwarzania gazu wzbogaconego w tlen (ASU)		$89,80		$35,90		$22,10		$9,50

Przypadek 1

Układ spalania z wytwarzaniem pary (kocioł)	$210,00	$210,00	$84,00	$84,00	$42,00	$42,00	$12,60	$12,60
Koszty kapitałowe instalacji	$396,05	$404,11	$193,36	$186,20	$121,11	$112,96	$58,18	$51,12
Koszty kapitałowe instalacji względem przypadku podstawowego		2%		-4%		-7%		-12%
Przypadek 2
Układ spalania z wytwarzaniem pary (kocioł)	$210,00	$210,00	$84,00	$84,00	$42,00	$42,00	$12,60	$12,60
Koszty kapitałowe instalacji	$396,05	$292,71	$193,36	$179,90	$121,11	$108,96	$58,18	$49,32
Koszty kapitałowe instalacji względem przypadku podstawowego		-1%		-7%		-10%		-15%
Przypadek 3
Układ spalania z wytwarzaniem pary (kocioł)	$210,00	$126,00	$84,00	$50,40	$42,00	$25,20	$12,60	$7,60
Koszty kapitałowe instalacji	$396,05	$308,71	$193,36	$146,30	$121,11	$92,16	$58,18	$44,32
Koszty kapitałowe instalacji względem przypadku j podstawowego		-22%		-24%		-24%		-24%

PL 212 933 B1

T a b e l a 2 Koszty eksploatacyjne ($MM/rok) w trzech przypadkach z tabeli 1

Wielkość instalacji (Mwe)	500	200	100	30
Utleniacz	Powietrze	O2	Powietrze	O2	Powietrze	O2	Powietrze	O2
Po obróbce	FGD	$3,70	$6,80	$4,30	$3,40	$2,60	$2,10	$1,30	$1,10
	SCR	$1,89	$1,46	$0,86	$0,63	$0,48	$0,33	$0,18	$0,12
	Hg (wstrzyki- wanie węgla)	$1,61	$0,34	$0,64	$0,13	$0,32	$0,07	$0,10	$0,02
	ESP	$0,20	$3,20	$4,90	$1,70	$3,10	$1,10	$1,40	$0,50
Całkowite koszty po obróbce	$21,40	$11,80	$10,70	$5,86	$6,50	$3,60	$2,98	$1/74
Koszty po obróbce względem przypadku podstawowego		-45%		-45%		-45%		-42%
Koszty wytwarzania gazu wzbogaconego w tlen (energia ASU)		$15,60		$6,30		$3,10		$0,90

Przypadek 1

Koszty eksploatacyjne instalacji	$21,40	$27,40	$10,70	$12,10	$6,50	$6,70	$2,90	$2,7
Koszty eksploatacyjne instalacji względem przypadku podstawowego		28%		13%		3%		-7%

Przypadek 2 i 3

Koszty eksploatacyjne instalacji	$21,40	$25,90	$10,70	$11,50	$6,50	$6,40	$2,90	$2,50
Koszty eksploatacyjne instalacji względem przypadku podstawowego		21%		7%		-2%		-14%

T a b e l a 3 Całkowite roczne koszty ($MM/rok) dla trzech przypadków z tabeli 1 i 2

Wielkość instalacji (Mwe)	500	200	100	30
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Utleniacz	Powietrze	O2	Powietrze	O2	Powietrze	O2	Powietrze	O2
Po obróbce	FGD	$37,20	$25,30	$21,50	$15,50	$15,70	$11,30	$9,40	$6,80
	SCR	$8,60	$4,00	$4,60	$2,00	$2,90	$1,20	$1,30	$0,50
	Hg (wstrzyki- wanie węgla)	$1,80	$0,40	$0,70	$0, 20	$0,40	$0,10	$0,10	$0,00
	ESP	$14,70	$5,10	$7,90	$2,80	$5,00	$1,70	$2,20	$0,80
Całkowite koszty po obróbce	$62,30	$34,80	$34,70	$20,50	$24,00	$14,30	$13,10	$8,10

PL 212 933 B1 cd. tabeli 3

1	2	3	4	5	6	7	8	9
Koszty po obróbce względem przypadku podstawowego		-44%		-41%		-40%		-38%
Wytwarzanie gazu wzbogaconego w tlen (ASU)		$35,40		$14,20		$8,00		$3,00

Przypadek 1

Układ spalania z wytwarzaniem pary (kocioł)	$46,20	$46,20	$18,50	$18,50	$9,20	$9,20	$2,80	$2,80
Roczne koszty instalacji	$108,50	$116,40	$53,20	$53,20	$33,20	$31,50	$15,80	$13,90
Roczne koszty instalacji względem przypadku podstawowego		7%		0%		-5%		-12%

Przypadek 2

Układ spalania z wytwarzaniem pary (kocioł)	$46,20	$46,20	$18,50	$18,50	$9,20	$9,20	$2,80	$2,80
Roczne koszty instalacji	$108,50	$112,40	$53,20	$51,20	$33,20	$30,30	$15,80	$13,40
Roczne koszty instalacji względem przypadku podstawowego		4%		-4%		-9%		-15%

Przypadek 3

Układ spalania z wytwarzaniem pary (kocioł)	$46,20	$27,70	$18,50	$11,10	$9,20	$5,50	$2,80	$1,70
Roczne koszty instalacji	$108,50	$93,90	$53,20	$43,80	$33,20	$26,60	$15,80	$12,30
Roczne koszty instalacji względem przypadku podstawowego		-13%		-18%		-20%		-22%

Chociaż wynalazek został opisany szczegółowo w odniesieniu do jego korzystnych przykładów realizacji, to dla specjalisty w tej dziedzinie będzie oczywiste, że można wprowadzić do niego różne zmiany i modyfikacje oraz zastosować równoważniki bez odchodzenia od idei niniejszego wynalazku.

Claims

1. Sposób spalania z wytwarzaniem pary, obejmujący:

dostarczenie wzbogaconego w tlen strumienia gazu o zawartości tlenu od 21 do 100%, tworzenie strumienia utleniacza, obejmującego strumień gazu wzbogacony w tlen, spalanie paliwa w strumieniu utleniacza w komorze spalania z wytwarzaniem pary i wytwarzanie gazów spalinowych o masowym natężeniu przepływu, które jest mniejsze niż masowe natężenie przepływu gazów spalinowych wytworzonych w komorze spalania, gdy pracuje ona z tym samym masowym natężeniem przepływu paliwa i z powietrzem jako strumieniem utleniacza oraz zmniejszanie w gazach spalinowych ilości co najmniej jednego spośród materiału w postaci cząstek, SOx, NOx i rtęci za pomocą układu kontroli zanieczyszczeń w gazach spalinowych, znamienny tym,

PL 212 933 B1 że etap tworzenia strumienia utleniacza polega na doprowadzaniu gazu rozcieńczającego zawierającego zawrócone mokre albo suche gazy spalinowe do gazu wzbogaconego w tlen z utworzeniem strumienia utleniacza.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz rozcieńczający zawiera co najmniej powietrze, CO2, N2 albo parę.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień gazu wzbogaconego w tlen ma zawartość tlenu około 90% albo większą.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień utleniacza ma zawartość tlenu około 90% albo większą.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień gazu wzbogaconego w tlen wytwarza się za pomocą urządzenia do rozdzielania powietrza, skonfigurowanego do rozdzielania powietrza na co najmniej pierwszy strumień gazowego tlenu o czystości około 90% albo większej i drugi strumień.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że drugi strumień jest azotem o czystości około 90% albo większej.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień gazu wzbogaconego w tlen wytwarza się za pomocą urządzenia do rozdzielania powietrza, skonfigurowanego do rozdzielania powietrza co najmniej na pierwszy strumień gazowego tlenu o czystości około 95% albo większej i drugi strumień.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że drugi strumień jest azotem o czystości około 98% albo większej.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień utleniacza doprowadza się do komory spalania w postaci szeregu strumieni o różnych składach.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje ponadto wytwarzanie elektryczności za pomocą pary z komory spalania.

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że paliwo stanowi gaz ziemny, gazy odpadowe z procesów przemysłowych albo inne paliwa gazowe.

12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że paliwo stanowi węgiel, koks, pozostałości na ruszcie, ciężkie stałe pozostałości albo inne paliwa stałe.

13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że paliwo stanowi olej, ciekłe ciężkie pozostałości albo inne paliwa ciekłe.

14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że układ kontroli zanieczyszczeń w gazach spalinowych obejmuje oddzielne urządzenia do zmniejszania poziomu materiału w postaci cząstek, SOx, NOx i rtęci.

15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że układ kontroli zanieczyszczeń w gazach spalinowych obejmuje połączone urządzenie do zmniejszania poziomu co najmniej dwóch spośród materiału w postaci cząstek, SOx, NOx i rtęci.

16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że układ kontroli zanieczyszczeń w gazach spalinowych obejmuje oparte na plazmie urządzenie do obróbki gazów spalinowych do utleniania co najmniej jednego spośród NO, SO2 i Hg do tlenków rozpuszczalnych w wodzie.

17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że oparte na plazmie urządzenie do obróbki gazów spalinowych wzmacnia się drogą wstrzykiwania tlenu.

18. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że stosuje się zbiornik absorpcyjny i mokry filtr elektrostatyczny, odbierające rozpuszczalne w wodzie tlenki z opartego na plazmie urządzenia do obróbki gazów spalinowych i zmniejszające ilość rozpuszczalnych w wodzie tlenków.

19. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że masowe natężenie przepływu gazów spalinowych opuszczających komorę spalania jest co najmniej dwa razy mniejsze niż masowe natężenie przepływu gazów spalinowych opuszczających komorę spalania, gdy komora spalania pracuje w takich samych warunkach z wyjątkiem powietrza jako strumienia utleniacza.

20. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że układ kontroli zanieczyszczeń w gazach spalinowych obejmuje urządzenia, które mają przepustowości gazów spalinowych mniejsze niż przepustowość gazów spalinowych wymagana do obróbki gazów spalinowych wytworzonych przez komorę spalania, gdy pracuje ona z powietrzem jako strumieniem utleniacza.