PL225504B1 - Sposób i urządzenie do ograniczania korozji, żużlowania, emisji NOx oraz metali ciężkich zwłaszcza w kotłach energetycznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do ograniczania korozji, żużlowania, emisji NO_x oraz metali ciężkich zwłaszcza w kotłach energetycznych współspalających biomasę z węglem.

Dążenie do obniżenia emisji CO₂ jest powodem coraz częstszego spalania biomasy w kotłach energetycznych zaprojektowanych do spalania stałych paliw kopalnych. Coraz częściej spalane są biomasy z roślin jednorocznych oraz odpady o niekorzystnym z punktu widzenia techniki kotłowej składzie, jak słoma zbóż czy rzepaku oraz rozmaite trawy, a nawet osady ściekowe. Biomasa tego typu zawiera zwykle więcej niż węgiel potasu, sodu i chloru, tworzących w warunkach palenisk kotłowych substancje o znacznej korozyjności, będące powodem poważnych problemów eksploatacyjnych, mogących w skrajnych przypadkach uniemożliwić energetyczne wykorzystanie niektórych biopaliw. Następuje wówczas intensyfikacja żużlowania oraz nasilenie wysokotemperaturowej korozji powierzchni ogrzewalnych, a także aglomeracja materiału warstwy fluidalnej. Ograniczenia wymaga ponadto emisja tlenków azotu, a także emisja rtęci.

Z opisu patentowego nr PL201141 znany jest wielofunkcyjny modyfikator spalania paliw stałych i ciekłych, który zawiera 10-30% wagowych bazy katalitycznej złożonej z izopropanolanu glinu, izopropanolanu żelaza i/lub izopropanolanu manganu oraz alkoholu alifatycznego, rozpuszczonych w oleju napędowym i/lub oleju roślinnym, przeznaczony dla kotłów rusztowych, pyłowych oraz fluida lnych stosowanych w energetyce zawodowej, dla poprawy efektywności spalania paliw takich jak mazut, węgiel brunatny i węgiel kamienny, poprzez zmianę struktury osadów, pasywację powierzchni wewnętrznych komór paleniskowych oraz zmniejszenie udziału w gazach odlotowych pyłu, tlenku węgla oraz tlenków siarki i azotu.

Z opisu polskiego zgłoszenia wynalazku nr P-346571 znany jest sposób jednoczesnego usuwania tlenków siarki i tlenków azotu z gazów spalinowych, charakteryzujący się tym, że w pierwszym etapie do gorących gazów o temperaturze 700°C-1000°C, wprowadza się co najmniej jeden związek wapnia, korzystnie wraz z mocznikiem, w postaci pyłu o średnicy cząsteczek poniżej 90 pm, a w drugim etapie, po czasie kontaktu od 0,5 s do 1,0 s, gdy temperatura gazów obniży się o około 70°C, wprowadza się do nich co najmniej jeden organiczny związek wapnia i mocznik, w postaci roztworu wodnego albo pyłów o średnicy cząsteczek poniżej 90 pm.

Znany jest z opisu patentowego nr PL166662 sposób obniżania emisji tlenków siarki z urządzeń kotłowych opalanych węglem niskokalorycznym, zwłaszcza brunatnym, gdzie sorbent doprowadza się do komory spalania za pomocą strumienia oczyszczonych z pyłów spalin, powietrza, pary wodnej lub gazów neutralnych o temperaturze 400K lub powyżej tej temperatury, każdorazowo jednak wyższej od temperatury kondensacji par H₂SO₄ i H₂SO₃, przy czym sorbent ten doprowadza się do wnętrza pierwotnych strug paliwowo-powietrznych u wlotów do komory spalania lub w ich pobliżu lub sorbent doprowadza się za pomocą wydzielonych strug gazu nośnego. Doprowadzanemu sorbentowi nadaje się prędkość zbliżoną do prędkości wprowadzanej mieszaniny paliwowo-powietrznej.

Z opisu wynalazku nr PL 170918 znany jest środek do usuwania osadów z powierzchni ogrzewalnych kotłów, którego składnikami są azotany alkaliczne, najczęściej azotan potasu oraz węgiel i siarka.

Z opisu patentowego nr PL166878 znany jest sposób poprawy wymiany ciepła zwłaszcza przez opromieniowane ekrany rurowe w komorach kotłów pyłowych, charakteryzujący się tym, że w dwóch różnych przestrzeniach komory kotła doprowadza się jednocześnie lub na przemian roztwór wodny saletry potasowej, przy czym do przestrzeni poniżej dolnej strefy płomienia doprowadza się całość roztworu bądź od 55% do 80% z całej ilości, a do przestrzeni przed przegrzewaczem grodziowym pary pozostałe 45% do 20%.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu równoczesnego ograniczania korozji, żużlowania oraz emisji NO_x i metali ciężkich w szczególności w kotłach energetycznych, w których z coraz to większym udziałem spala się biomasę oraz urządzenia przeznaczonego do tego celu.

Sposób ograniczania korozji, żużlowania, emisji NO_x oraz metali ciężkich zwłaszcza w kotłach energetycznych według wynalazku charakteryzuje się tym, że wprowadza się do strefy redukcyjnej w komorze paleniskowej w strumieniu recyrkulowanych chłodnych spalin glinokrzemian warstwowy, korzystnie haloizyt, nasycony mocznikiem.

Korzystnie wprowadza się w strumieniu recyrkulowanych spalin z prędkością 20-90 m/s. Wprowadza się przez palniki i/lub przez odrębne dysze.

PL 225 504 B1

Glinokrzemian warstwowy, korzystnie haloizyt, nasycony mocznikiem, wprowadza się korzystnie w strumieniu recyrkulowanych spalin w postaci zawiesiny w roztworze mocznika w ilości do 10% suchego składnika stałego lub w postaci cząstek o wielkości ziaren do 1,0 mm, korzystnie do 0,5 mm, w ilości do 3,0% suchego składnika paliwowego.

Strumień recyrkulowanych spalin pobiera się w postaci wydzielonego strumienia z ciągu spalin, korzystnie za odpylaczem lub wentylatorem spalin.

Korzystnie strumień recyrkulowanych spalin pobiera się za pomocą zespołu strumienic, gdzie czynnikiem roboczym tego zespołu strumienic jest podawana ze zbiornika ciekła zawiesina glinokrzemianu warstwowego, korzystnie haloizytu, w roztworze mocznika.

Korzystnie strumień recyrkulowanych spalin pobiera się za pomocą zespołu strumienic, gdzie czynnikiem roboczym do transportu pneumatycznego mieszaniny pylistego glinokrzemianu warstwowego, korzystnie haloizytu, nasyconego mocznikiem podawanego ze zbiornika z recyrkulowanymi spalinami są spaliny pobrane z ciągu spalin kotła, po ich wstępnym ochłodzeniu w wymienniku ciepła i ich sprężeniu, lub sprężone powietrze.

Urządzenie do ograniczania korozji, żużlowania, emisji NO_x oraz metali ciężkich zwłaszcza w kotłach energetycznych według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera odprowadzony z ciągu spalin kanał spalin recyrkulowanych z zabudowanym zespołem strumienic z ciekłym czynnikiem roboczym w postaci ciekłej zawiesiny glinokrzemianu warstwowego, korzystnie haloizytu w roztworze mocznika lub z zabudowanym zespołem strumienic do transportu mieszaniny glinokrzemianu warstwowego, korzystnie haloizytu nasyconego mocznikiem z gazowym czynnikiem roboczym w postaci schłodzonego strumienia recyrkulowanych spalin, doprowadzony do strefy redukcyjnej komory paleniskowej kotła poprzez palniki lub odrębne dysze.

Kanał spalin recyrkulowanych odprowadzony jest z ciągu spalin za odpylaczem lub według odmiany wynalazku za wentylatorem spalin. Zespół strumienic połączony jest z przewodem recyrkulowanych spalin oraz z przewodem ciekłej zawiesiny glinokrzemianu warstwowego, korzystnie haloizytu, w roztworze mocznika, połączonym ze zbiornikiem zawiesiny.

Według odmiany wynalazku, zespół strumienic połączony jest z przewodem recyrkulowanych spalin oraz z przewodem pylistego glinokrzemianu warstwowego, korzystnie haloizytu, nasyconego mocznikiem, połączonym ze zbiornikiem. Przed zespołem tych strumienic zabudowany jest wymiennik ciepła do schładzania recyrkulowanych spalin oraz sprężarka do sprężania spalin w kanale spalin recyrkulowanych.

Sposób według wynalazku umożliwia powiększenie obszaru paleniska wypełnionego płomieniem o charakterze redukcyjnym, zapewnia schłodzenie i głęboką penetrację w palenisku oraz dobre wymieszanie spalin z addytywowanym glinokrzemianem warstwowym, który przechodząc wraz ze spalinami w górę paleniska, wchodzi w reakcje ze składnikami popiołu powodując zmniejszenie skłonności do żużlowania i korozji oraz z innymi substancjami zawartymi w spalinach jak tlenki azotu, rtęć, zmniejszając szkodliwe emisje gazowe. Gwałtowne wydzielanie składników związków azotu w nasyconym nimi glinokrzemianie warstwowym powoduje eksplozyjne wydzielanie gazów rozdrabniające fazę stałą wprowadzanego glinokrzemianu warstwowego i zwiększające jego powierzchnię reakcji.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urządzenie według wynalazku, gdzie kanał spalin recyrkulowanych wydzielany jest z ciągu spalin kotła energetycznego spalającego biomasę za odpylaczem, a czynnikiem roboczym zespołu strumienic jest mieszanina recyrkulowanych spalin i zawiesiny haloizytu w roztworze mocznika, fig. 2 - schematycznie przedstawione urządzenie, gdzie kanał spalin recyrkulowanych wydzielony jest z ciągu spalin kotła energetycznego spalającego biomasę za wentylatorem spalin, a czynnikiem roboczym zespołu strumienic są spaliny wcześniej schłodzone i sprężone oraz wprowadzany jest haloizyt nasycony mocznikiem w postaci pylistej.

Zgodnie z fig. 1 urządzenie do ograniczania korozji, żużlowania, emisji NO_x oraz metali ciężkich według wynalazku zawiera wyprowadzony z ciągu spalin 1 kotła energetycznego 2 pyłowego do współspalania z węglem biomasy oraz odpadów, za odpylaczem 3 kanał 4 spalin recyrkulowanych z zabudowanym zespołem strumienic 5.

Zespół strumienic 5 jest połączony z kanałem spalin 4 recyrkulowanych oraz z przewodem 6 podającym pompą 7 ze zbiornika 8 jako czynnik roboczy strumienic zawiesinę stanowiącą mieszaninę haloizytu z roztworem wodnym mocznika w ilości 7% suchego haloizytu w mieszaninie. Za zespołem strumienic 5 kanał 4 spalin recyrkulowanych doprowadza do komory spalania 9 kotła energetycznego

PL 225 504 B1 mieszankę spalin recyrkulowanych i zawiesiny haloizytu w roztworze mocznika poprzez palniki 10 i odrębne dysze 11.

Zgodnie z fig. 2 urządzenie według wynalazku zawiera wyprowadzony z ciągu spalin 1 kotła energetycznego 2 pyłowego do współspalania z węglem biomasy oraz odpadów, za wentylatorem spalin 21 kanał 4 spalin recyrkulowanych z zabudowanym zespołem strumienie 13. Za wentylatorem spalin 12 zabudowany jest wymiennik ciepła 14 i sprężarka 15. Zespół strumienic 13 jest połączony z kanałem 4 recyrkulowanych spalin oraz z przewodem 16 pylistego haloizytu nasyconego mocznikiem o wielkości cząstek 40 pm, w ilości 2% suchego składnika paliwowego, doprowadzającym pylisty haloizyt nasycony mocznikiem ze zbiornika 17. Czynnikiem roboczym zespołu strumienic 13. Są spaliny po ich wstępnym ochłodzeniu w wymienniku ciepła 14 i sprężeniu w sprężarce 15, zastosowane do transportu pneumatycznego pylistego haloizytu nasyconego mocznikiem wraz ze strumieniem spalin recyrkulowanych do komory spalania 9 kotła. Za zespołem strumienic 13 kanał 4 recyrkulowanych spalin jest wprowadzany do palników 10 i odrębnych dysz 11 w strefie redukcyjnej w komorze spalania 9 kotła.

Zgodnie z przykładem wykonania wynalazku wprowadza się do strefy redukcyjnej w komorze paleniskowej 9 kotła w strumieniu recyrkulowanych spalin haloizyt nasycony mocznikiem. Mieszaninę haloizytu nasyconego mocznikiem wprowadza się w strumieniu spalin o temperaturze 140°C, z prędkością 80 m/s.

Jak przedstawiono na fig. 1 i fig. 2, haloizyt nasycony mocznikiem wprowadza się do komory paleniskowej 9 kotła zarówno przez palniki 10 jak i przez odrębne dysze 11.

Zgodnie z fig. 1 w strumieniu recyrkulowanych spalin wprowadza się haloizyt nasycony mocznikiem w postaci zawiesiny haloizytu w roztworze wodnym mocznika w ilości 7% suchego haloizytu w zawiesinie. Strumień recyrkulowanych spalin pobiera się w postaci wydzielonego strumienia z ciągu spalin 1 za odpylaczem 3, za pomocą zespołu strumienic 5, w których czynnikiem roboczym jest podawana ciekła zawiesina haloizytu w roztworze wodnym mocznika, podawana pompą 7 ze zbiornika

8. Do palników 10 i do odrębnych dysz 11 w strefie redukcyjnej kotła wprowadzana jest mieszanina zawiesiny haloizytu w roztworze wodnym mocznika i recyrkulowanych spalin.

Zgodnie z fig. 2 w strumieniu recyrkulowanych spalin wprowadza się pylisty haloizyt nasycony mocznikiem o wielkości cząstek 40 pm, w ilości 2% suchego składnika paliwowego. Strumień recyrkulowanych spalin pobiera się w postaci wydzielonego strumienia z ciągu spalin 1 za wentylatorem spalin 12. Strumień ten poddaje się ochłodzeniu w wymienniku ciepła 14 oraz sprężeniu w sprężarce 15 i wprowadza się jako czynnik roboczy do zespołu strumienic 13, do których podaje się ze zbiornika 17 przez przewód 16 pylisty haloizyt nasycony mocznikiem. Transportem pneumatycznym wprowadzona jest mieszanina recyrkulowanych spalin z pylistym haloizytem nasyconym mocznikiem do palników 10 i do odrębnych dysz 11 w strefie redukcyjnej kotła.

Claims (19)

1. Sposób ograniczania korozji, żużlowania, emisji NO_x oraz metali ciężkich zwłaszcza w kotłach energetycznych, znamienny tym, że wprowadza się do strefy redukcyjnej w komorze paleniskowej (9) w strumieniu recyrkulowanych chłodnych spalin glinokrzemian warstwowy, korzystnie hal oizyt, nasycony mocznikiem.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wprowadza się w strumieniu recyrkulowanych spalin o temperaturze niższej od 150°C.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wprowadza się w strumieniu recyrkulowanych spalin z prędkością 20-90 m/s.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wprowadza się przez palniki (10) i/lub przez dysze (11).

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że glinokrzemian warstwowy, korzystnie haloizyt nasycony mocznikiem wprowadza się w strumieniu recyrkulowanych spalin w postaci zawiesiny w roztworze mocznika w ilości do 10% suchego składnika stałego.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że glinokrzemian warstwowy, korzystnie haloizyt nasycony mocznikiem wprowadza się w strumieniu recyrkulowanych spalin w postaci cząstek o wie lkości ziaren do 1,0 mm, korzystnie do 0,5 mm, w ilości do 3,0% suchego składnika paliwowego.

PL 225 504 B1

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień recyrkulowanych spalin pobiera się w postaci wydzielonego strumienia z ciągu spalin (1) za odpylaczem (3).

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień recyrkulowanych spalin pobiera się w postaci wydzielonego strumienia z ciągu spalin (1) za wentylatorem spalin (12).

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień spalin pobiera się za pomocą zespołu strumienic (5).

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czynnikiem roboczym zespołu strumienic (5) jest podawana ze zbiornika (8) ciekła zawiesina glinokrzemianu warstwowego, korzystnie haloizytu w roztworze mocznika.

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień spalin pobiera się za pomocą zespołu strumienic (13).

12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czynnikiem roboczym zespołu strumienic (13) do transportu pneumatycznego mieszaniny pylistego glinokrzemianu warstwowego, korzystnie haloizytu nasyconego mocznikiem podawanego ze zbiornika (17) z recyrkulowanymi spalinami są spaliny pobrane z ciągu kotła (1), po ich wstępnym ochłodzeniu w wymienniku ciepła (14) i sprężeniu w sprężarce (15).

13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czynnikiem roboczym zespołu strumienic (13) do transportu pneumatycznego mieszaniny pylistego glinokrzemianu warstwowego, korzystnie haloizytu nasyconego mocznikiem podawanego ze zbiornika (17) jest sprężone powietrze.

14. Urządzenie do ograniczania korozji, żużlowania, emisji NO_x oraz metali ciężkich zwłaszcza w kotłach energetycznych, znamienne tym, że zawiera odprowadzony z ciągu spalin (1) kanał spalin (4) recyrkulowanych z zabudowanym zespołem strumienic (5) z ciekłym czynnikiem roboczym w postaci ciekłej zawiesiny glinokrzemianu warstwowego, korzystnie haloizytu w roztworze mocznika, lub z zabudowanym zespołem strumienic (13) do transportu mieszaniny glinokrzemianu warstwowego, korzystnie haloizytu nasyconego mocznikiem z gazowym czynnikiem roboczym w postaci schłodzonego strumienia recyrkulowanych spalin, doprowadzony do strefy redukcyjnej komory paleniskowej (9) kotła poprzez palniki (10) i/lub dysze (11).

15. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że kanał (4) spalin recyrkulowanych odprowadzony jest z ciągu spalin (1) za odpylaczem (3).

16. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że kanał (4) spalin recyrkulowanych odprowadzony jest z ciągu spalin (1) za wentylatorem spalin (12).

17. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że zespół strumienic (5) połączony jest z kanałem (4) recyrkulowanych spalin oraz z przewodem (6) ciekłej zawiesiny glinokrzemianu warstwowego, korzystnie haloizytu, w roztworze mocznika, połączonym poprzez pompę (7) ze zbiornikiem zawiesiny (8).

18. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że zespół strumienic (13) połączony jest z kanałem (4) recyrkulowanych spalin oraz z przewodem (16) pylistego glinokrzemianu warstwowego, korzystnie haloizytu, nasyconego mocznikiem, połączonym ze zbiornikiem (17).

19. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że przed zespołem strumienic (13) zabudowany jest wymiennik ciepła (14) do schłodzenia recyrkulowanych spalin oraz sprężarka (15) do sprężenia spalin w kanale (4) spalin recyrkulowanych.