PL217201B1 - Sposób kondycjonowania spalin przed mokrym odsiarczaniem spalin i urządzenie do kondycjonowania spalin - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób kondycjonowania spalin przed instalacją odsiarczania spalin na mokro i urządzenie do kondycjonowania spalin.

Znane są liczne sposoby oczyszczania spalin, w których gazy spalinowe kontaktuje się z sorbentem, za pomocą którego usuwa się kwasowe składniki gazu, zwłaszcza chlorowodór, tlenki siarki i fluorowodór. Z literatury technicznej oraz patentowej wiadomo, że do procesów oczyszczania gazu stosuje się alkaliczne środki zobojętniające. Znane jest dodawanie drobnoziarnistego, alkalicznego środka sorbującego dwutlenek siarki w postaci wapnia (CaCO3), palonego wapna (CaO) lub dolomitu. Reakcja gazu (SO2) z substancją stałą środka sorpcyjnego, jest reakcją powierzchniową i dlatego wytworzenie dużej powierzchni właściwej ma dla tej reakcji zasadnicze znaczenie. W stosowanych mokrych instalacjach odsiarczania spalin usuwa się dwutlenek siarki, w wyniku zraszania spalin wodną zawiesiną sorbentu, w jednym lub dwóch stopniach absorpcji, w różnych urządzeniach. Najczęściej głównym składnikiem zawiesiny jest węglan wapnia, węglan magnezu lub mieszanina w/w soli.

Stosowane do oczyszczania spalin z SO2 absorbery natryskowe najczęściej mają kształt kolumn o średnicy 6-20 m i wysokości 30-50 m. Spaliny wpływają do absorbera z kanału wlotowego nad lustro zawiesiny sorpcyjnej ze średnią prędkością od 8 do 17 m/s. Zmieniają kierunek przepływu o 90° i spotykają się z kropelkami zawiesiny sorpcyjnej rozpylanej przez dużą ilość dysz umieszczonych na

3-5 poziomach zraszania. Średnia prędkość przepływu spalin w absorberze zmniejsza się do 4-2 m/s, a rozkład prędkości przepływu spalin jest bardzo nierównomierny i zależy od lokalnych warunków panujących w absorberze. W dolnej części absorbera spaliny zraszane są bardzo nierównomiernie, gdyż wypływające z dysz krople zawiesiny, opadając w dół łączą się w strugi i bardzo duże krople, co utrudnia zarówno absorpcję SO2 jak i wymianę masy. Właściwy kontakt spaliny - zawiesina sorpcyjna zaczyna się dopiero w odległości 2-3 m od pierwszego poziomu zraszania. W większości eksploatowanych absorberów, w przestrzeni pomiędzy wlotem spalin a pierwszym poziomem zraszania, kontakt spaliny - zawiesina bywa niedostateczny.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL183927 układ odsiarczania gazu spalinowego, w którym rura rozpylająca wyposażona jest w wiele dysz usytuowanych w kierunku podłużnym i której jeden koniec jest zamknięty. Rura ułożona jest poziomo w wieży absorpcyjnej, przez którą gaz spalinowy przechodzi pionowo, szlam pochłaniający podaje się z drugiego końca rury rozpylającej i wstrzykuje w górę z dyszy, przez co szlam pochłaniacza kontaktuje się z gazem spalinowym w celu przeprowadzenia obróbki w wieży absorpcyjnej, a przewód strumienia po zamkniętej stronie końcowej rury rozpylającej jest uformowany w kształt taki, że pole powierzchni przekroju przewodu strumienia zmniejsza się w kierunku zamkniętego końca.

Znane jest z opisu polskiego zgłoszenia patentowego nr PL.323404 A1 urządzenie do usuwania zanieczyszczeń gazowych, zwłaszcza związków siarki, z gazów odlotowych, zawierające reaktor, wyposażony w dysze natryskowe, wprowadzające ciekły sorbent oraz mające co najmniej jeden lej zsypowy powstających produktów i pyłów. Urządzenie to jest wyposażone w komorę spalin, przy czym w górnej części tej komory jest zainstalowana co najmniej jedna dysza, doprowadzająca wodę, natomiast reaktor jest wyposażony w pyłowe dysze, zamontowane we wnętrzu reaktora, doprowadzające suchy sorbent. Znany jest z innego polskiego zgłoszenia patentowego nr PL.369385 A1, sposób zwiększania skuteczności usuwania tlenków siarki, który polega na zwiększeniu kontaktu zawiesiny sorpcyjnej ze spalinami, poprzez umieszczenie dodatkowych dysz w absorberze na ścianie przeciwległej do wlotu spalin, przez które zawiesina sorpcyjna kierowana jest jedną lub kilkoma dyszami bezpośrednio w kierunku spalin wypływających z kanału.

Wprowadzane do urządzenie natryskowego spaliny podlegają różnym procesom usuwania z nich tlenków siarki. Największe znaczenie ma proces obniżania temperatury i zwiększania wilgotności spalin, gdyż proces przechodzenia dwutlenku siarki z fazy gazowej do ciekłej intensyfikuje się wraz z obniżeniem temperatury. W procesach tych H2SO3, otrzymany po przejściu SO2 z fazy gazowej do fazy ciekłej, poddaje się reakcji ze stałymi cząsteczkami węglanu wapnia, zaś uzyskany siarczyn wapniowy (CaSO₃), będący uciążliwą dla środowiska solą trudno rozpuszczalną, przetwarza się na CaSO₄ · 2 H₂O, który jest półproduktem do produkcji gipsu budowlanego. Proces utleniania CaSO₃ do CaSO₄ · 2 H₂O zachodzi w zbiorniku zawiesiny sorpcyjnej cyrkulującej w obiegu, przy czym dla intensyfikacji procesu utleniania CaSO3 przez zbiornik przepuszcza się powietrze i utrzymuje pH rzędu 4-5, korzystne dla procesu utleniania CaSO3 i rozpuszczania CaCO3. Dwuwodny siarczan wapniowy jest końcowym produktem procesu odsiarczania, po odwodnieniu i przemyciu na filtrach lub wirówkach. W znanych

PL 217 201 B1 urządzeniach spaliny wpływają do absorbera kanałem poziomym o długości kilkunastu metrów, usytuowanym tak aby spaliny wpływały nad lustro zawiesiny sorpcyjnej. Zwykle wylot z kanału do absorbera jest usytuowany w sposób uniemożliwiający przedostawanie się cząstek zawiesiny do wnętrza kanału, co uzyskuje się przez nachylenie dna kanału i usytuowanie tego dna w odpowiedniej odległości od lustra cieczy.

Celem wynalazku jest zwiększenie skuteczności odsiarczania spalin, przy jednoczesnym zmniejszeniu strumienia zawiesiny (L/G) oraz zwiększeniu powierzchni wymiany masy.

Istota sposobu kondycjonowania spalin przed mokrą instalacją odsiarczania spalin, polega na tym, że do strumienia spalin w kanale przed absorberem lub skruberem natryskowym wprowadza się wodę lub ciecz w postaci kropel o średnicy < 63 pm, z prędkością > 30 m/s, w przeciwprądzie do kierunku przepływu spalin. Przy czym strumieniem kropli pokrywa się całą powierzchnię przekroju kanału i zapewnia całkowite wymieszanie kropel ze spalinami. Do wytwarzania strumienia kropli stosuje się dysze rozpyłowe, których ilość dostosowuje się do ilości spalin. Korzystnie stosuje się jedną dyszę o wydajności 6 m³/h wody na każde 100 000 m³/h spalin. Do kondycjonowania spalin stosuje się wodę lub ciecze cyrkulujące w instalacji odsiarczania spalin, takie jak filtrat z układu oddzielania i przemywania CaSO₄ · 2 H₂O, w ilości wystarczającej do zapewnienia temperatury < 70°C spalinom wypływającym z kanału do absorbera lub skrubera natryskowego.

Urządzenie według wynalazku, stanowi zespół od 5 do 15 dysz, generujących krople wody lub innej cieczy o średnicy < 63 pm, umieszczonych w kanale spalin, zabezpieczonym przed korozją, korzystnie pokrytym warstwą kwasoodporną. Przy czym ilość dysz jest uzależniona od wielkości kanału spalin i dobrana w ilości wystarczającej do tego, aby strumień kropel wypływał z dyszy z prędkością > 30 m/s i pokrywał całą powierzchnię przekroju kanału. Korzystnie urządzenie zawiera jedną dyszę o wydajności 6 m³/h wody na każde 100 000 m³/h spalin. Ponadto dysze usytuowane są w kanale w pozycji umożliwiającej kierowanie generowanego przez nie strumienia cieczy w przeciwprądzie do kierunku przepływu spalin. W jednym wariancie urządzenia dysze umieszczone są w poziomej osi kanału. W drugim wariancie dysze umieszczone są na ścianach kanału, pod kątem 20° do 75°, korzystnie w ścianach bocznych i górnej. Ponadto korzystnie dysze są dwustrumieniowe, w których czynnikiem rozpraszającym jest sprężone powietrze, a kąt wylotowy strumienia aerozolu z dyszy wynosi 20-60 stopni.

W urządzeniu kąt nachylenia dna do kierunku wpływu spalin do absorbera jest nie mniejszy niż 3 stopnie.

W wyniku zastosowania sposobu według wynalazku następuje cały szereg korzystnych dla odsiarczania spalin procesów, z których bardzo ważne jest wydłużenie czasu efektywnego kontaktu SO2 z zawiesiną sorpcyjną, który dotychczas jest o 1/3 krótszy niż w przypadku kondycjonowania spalin w kanale. Zaletą sposobu jest obniżenie temperatury spalin, zwiększenie wilgotności, oraz zmniejszenie stężenia SO2, SO3, HCl i HF w spalinach, przed wprowadzeniem ich do absorbera.

Spaliny kondycjonowane w kanale spalin mają znacznie mniejsze stężenie SO2 i w związku z obniżeniem temperatury mniejszą prędkość w absorberze, co umożliwia zmniejszenie strumienia zawiesiny sorpcyjnej, podawanej przez dysze absorbera, czyli zmniejszenie L/G. W wyniku stosowa3 3 3 3 nia wynalazku dotychczasowe L/G = 20 dm³/m³, obniża do 10 dm³/m³ spalin przy zachowaniu takiej samej skuteczności usuwania SO2 jak przy L/G = 20 dm³/m³. Ponadto dzięki stosowaniu urządzenia według wynalazku do kanału spalin podaje się tylko tyle wody lub cieczy aby obniżyć temperaturę spalin do 70°C. Urządzenie według wynalazku zapewnia czas kontaktu spalin z rozpylanymi przez dysze kropelkami wody nie mniejszy niż 1 sekunda.

Przedmiot wynalazku został objaśniony w przykładach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie z dyszami usytuowanymi w poziomej osi kanału spalin, fig. 2 - urządzenie z dyszami usytuowanymi na ścianach bocznych i górnej kanału spalin, pod kątem 20° do 75° oraz fig. 2a usytuowanie dyszy w ściance bocznej kanału spalin.

P r z y k ł a d 1

Sposób kondycjonowania spalin przed ich odsiarczaniem na mokro, polega na tym, że strumień ₃ spalin w ilości 2100000 m³n, zawierający 2000 mg SO2/m wprowadza się do kanału spalin, przed absorberem. Temperatura spalin na wlocie do kanału wynosi 120°C. Do kanału spalin wprowadza się równocześnie przez dziesięć dysz, umieszczonych w poziomej osi kanału jak to przedstawiono na fig. 1, wodę w postaci kropel o średnicy 60 pm, z prędkością 38 m/s, w przeciwprądzie do kierunku przepływu spalin. Przy czym wodę wprowadza się w ilości 60 m³/h, a strumieniem kropli pokrywa się całą powierzchnię przekroju kanału i zapewnia całkowite wymieszanie kropel ze spalinami. Obniżenie temperatury

PL 217 201 B1 spalin umożliwia sorpcję SO2 przez krople wody. W wyniku uzyskuje się na wylocie z kanału spalin ₃ strumień o temperaturze 60°C, w którym stężenie SO2 wynosi 1300 mg SO2/m^{3 4 5}n. Tak kondycjonowane spaliny wprowadza się do absorbera, w którym spaliny zrasza się przy pH=5,5, strumieniem zawie₃ siny kamienia wapiennego w wodzie z szybkością 21000 m³/h. Stężenie SO2 w spalinach oczyszczo₃ nych na wylocie z absorbera wynosi 186 mg/m³n.

P r z y k ł a d 2

Sposób realizuje się jak w przykładzie 1, z tą różnicą, że do kanału spalin wprowadza się równocześnie przez dwanaście dysz, umieszczonych w ściankach kanału, jak to przedstawiono na fig. 2, ₃ z prędkością 30 m/s, filtrat w ilości 55 m /h, w postaci kropel o średnicy 30 pm, w przeciwprądzie do kierunku przepływu spalin. W wyniku uzyskuje się na wlocie strumień spalin o temperaturze 67°C, ₃ w którym stężenie SO2 wynosi 1200 mg SO2/m³n. Tak kondycjonowane spaliny wprowadza się do absorbera, w którym spaliny zrasza się przy pH=5,5, strumieniem zawiesiny kamienia wapiennego w wodzie, podawanym z szybkością 21000 m3/h. Stężenie SO2 w spalinach oczyszczonych na wylo₃ cie z absorbera wynosiło 154 mg/m³n.

W celu porównania poniżej przedstawiono wyniki dla spalin wprowadzanych dotychczasową metodą bez kondycjonowania z kanału spalin do absorbera. W takim przypadku temperatura wprowadzanych do absorbera spalin wynosi 120°C.

Dla absorbera zraszanego przy pH=5,5 strumieniem zawiesiny kamienia wapiennego w wodzie o parametrach 42000 m³/h, stężenie SO2 w spalinach oczyszczonych wynosiło 394 mg/m³n.

P r z y k ł a d 3

Urządzenie według wynalazku, stanowi zespół pięciu dysz 1, generujących krople wody, umieszczonych w kanale spalin 2, zabezpieczonym przed korozją. Dysze 1 usytuowane są w poziomej osi 3 kanału 2 a wyloty z dysz skierowane są w przeciwprądzie do kierunku przepływu spalin. Kąt rozpylania wody wynosi 55 stopni. Dno 4 urządzenia nachylone jest pod kątem trzy stopnie do kierunku wpływu spalin do absorbera. W górnej ścianie kanału spalin znajduje się pięć króćców 5 do osadzania lanc z dyszami 1. W bocznej ścianie kanału w odległości 5 metrów od osi lancy dyszy umieszczony jest właz rewizyjny 6.

P r z y k ł a d 4

Urządzenie jak w przykładzie 3 z tą różnicą że zespół stanowi piętnaście dysz 1, generujących krople wody, umieszczonych w dwóch ściankach bocznych i jednej górnej kanału spalin 2, pokrytych warstwą kwasoodporną. Dysze 1 są dwustrumieniowe, w których czynnikiem rozpraszającym jest sprężone powietrze i usytuowane są w przeciwprądzie do kierunku przepływu spalin pod kątem 35° do ścianek kanału spalin 2. Kąt rozpylania filtratu wynosi 30 stopni, a dno urządzenia nachylone jest pod kątem cztery stopnie do kierunku wpływu spalin do absorbera.

W każdej ze ścianek kanału spalin oprócz dolnej, znajduje się po pięć króćców 5 przez które wprowadza się dysze do kanału spalin 2. W bocznej ścianie kanału w odległości 5 metrów od osi króćca dyszy umieszczony jest właz rewizyjny 6.

Claims (11)

1. Sposób kondycjonowania spalin przed mokrym odsiarczaniem spalin, znamienny tym, że do strumienia spalin w kanale przed absorberem lub skruberem natryskowym wprowadza się wodę lub ciecz w postaci kropel o średnicy < 63 pm, z prędkością >30 m/s, w przeciwprądzie do kierunku przepływu spalin, przy czym strumieniem kropli pokrywa się całą powierzchnię przekroju kanału i zapewnia całkowite wymieszanie kropel ze spalinami.

2. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że do wytwarzania strumienia kropli stosuje się dysze rozpyłowe, których ilość dostosowuje się do ilości spalin.

₃

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się jedną dyszę o wydajności 6 m³/h ₃ wody na każde 100 000 m³/h spalin.

4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że do kondycjonowania spalin stosuje się wodę lub ciecze cyrkulujące w instalacji odsiarczania spalin, takie jak filtrat z układu oddzielania i przemywania CaSO₄ · 2 H₂O, w ilości wystarczającej do zapewnienia temperatury < 70°C spalinom wypływającym z kanału do absorbera lub skrubera natryskowego.

5. Urządzenie do kondycjonowania spalin, znamienne tym, że jest wyposażone w zespół co najmniej pięciu dysz (1), generujących krople wody lub innej cieczy o średnicy < 63 pm, umieszczonych

PL 217 201 B1 w kanale spalin (2), zabezpieczonym przed korozją, przy czym ilość dysz jest uzależniona od wielkości kanału spalin i dobrana w ilości wystarczającej do tego, aby strumień kropel generowany u wylotu z dyszy wypływał z prędkością >30 m/s i pokrywał całą powierzchnię przekroju kanału.

6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że dysze (1) usytuowane są w kanale (2) w pozycji umożliwiającej kierowanie generowanego przez nie strumienia cieczy w przeciwprądzie do kierunku przepływu spalin.

7. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że dysze (1) umieszczone są w poziomej osi (3) kanału spalin (2).

8. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że dysze (1) umieszczone są w ścianach (5) kanału spalin, pod kątem 20° do 75°.

9. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że dysze (1) są dwustrumieniowe, w których czynnikiem rozpraszającym jest sprężone powietrze, a kąt wylotowy strumienia aerozolu z dyszy (1) wynosi 20-60 stopni

10. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że kąt nachylenia dna (4) do kierunku wpływu spalin do absorbera jest nie mniejszy niż trzy stopnie.

11. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że kanał spalin (2), pokryty jest warstwą kwasoodporną.