PL238354B1

PL238354B1 - System for feeding reagent into the boiler

Info

Publication number: PL238354B1
Application number: PL428112A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Bis; Rafał Kobyłecki; Robert Zarzycki; Artur Zajchowski; Grzegorz Chałat; Jarosław Grochowalski; Andrzej Bańka; Jacek Śmigielski; Wojciech Smółka
Original assignee: Tauron Wytwarzanie Spolka Akcyjna
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2021-08-09
Also published as: PL428112A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest stosowany w energetyce i ciepłownictwie układ dla wprowadzania reagenta do kotłów w celu ograniczenia emisji zanieczyszczeń.The subject of the invention is a system for introducing a reagent into boilers used in power and heating in order to reduce the emission of pollutants.

Znany jest z opisu wynalazku 384257 kocioł z cyrkulacyjną warstwą fluidalną w którym w części złoża utrzymywane są warunki poniżej stosunku stechiometrycznego (nadmiar paliwa) przez co redukuje się tworzenie NOx; reagent do redukcji emisji co najmniej jednego produktu spalania w gazach spalinowych; oraz dużą liczbę dysz do wtłaczania powietrza wtórnego do złoża fluidalnego do zapewnienia mieszania reagenta i gazów spalinowych w piecu powyżej gęstej części złoża, przy czym ilość reagenta wymagana do redukcji emisji produktu spalania jest obniżona. W preferowanym wariancie realizacji kocioł z cyrkulacyjną warstwą fluidalną może dodatkowo zawierać układ zawracający do zawracania przenoszonych cząstek z gazów spalinowych do złoża fluidalnego.It is known from the description of the invention 384257 a boiler with a circulating fluidized bed in which the conditions in a part of the bed are kept below the stoichiometric ratio (excess fuel), which reduces the formation of NOx; a reagent for reducing emissions of at least one combustion product in the exhaust gas; and a plurality of nozzles for injecting secondary air into the fluidized bed to provide mixing of the reactant and flue gas in the furnace above the dense portion of the bed, the amount of reagent required to reduce the emission of the combustion product is lowered. In a preferred embodiment, the circulating fluidized bed boiler may additionally include a recycle system for returning conveyed particles from the flue gas to the fluidized bed.

Znane jest z opisu 344546 urządzenie pracujące z krążącym złożem fluidalnym, posiadające reaktor, przynajmniej jeden separator cząstek stałych umieszczony za reaktorem i pętlę recyrkulacyjną cząstek stałych. Urządzenie z krążącym złożem fluidalnym posiada zwiększoną zdolność odzyskiwania najdrobniejszych cząstek reagentów i charakteryzuje się tym, że zawiera lej gromadzący cząstki stałe, przyłączony do przynajmniej jednego separatora cząstek stałych i przyłączony do pętli recyrkulacyjnej cząstek stałych, przynajmniej jeden przewód łączący lej gromadzący cząstki stałe z reaktorem oraz zespół recyrkulacji gazu, zastosowany do przynajmniej jednego przewodu do zawracanego gazu, przenoszącego najdrobniejsze cząstki reagenta z leja gromadzącego cząstki stałe do pieca.From 344546, a circulating fluidized bed apparatus is known having a reactor, at least one downstream solids separator, and a solids recirculation loop. The circulating fluidized bed device has an enhanced ability to recover the finest particles of the reactants and is characterized by having a solids collection hopper attached to at least one particulate separator and connected to the solids recirculation loop, at least one conduit connecting the solids collection hopper to the reactor, and a gas recirculation unit provided to the at least one recycle gas conduit carrying the finest reagent particles from the solids collecting hopper to the furnace.

Znane jest z opisu 318047 urządzenie składające się z dwóch rur perforowanych usytuowanych tak, że jedna rura znajduje się wewnątrz drugiej, w których otwory wylotowe są współosiowe. Do rury zewnętrznej o większej średnicy otworów wylotowych doprowadzany jest gaz inertny, a do rury wewnętrznej o mniejszej średnicy otworów wylotowych doprowadzany jest gaz, będący pierwszym z reagentów. Natomiast do reaktora przepływowego, w otworze ściany którego zamontowane jest urządzenie, doprowadza się gaz, będący drugim z reagentów. Urządzenie zamontowane jest w otworze ściany reaktora przepływowego tak, że rury znajdują się w jego wnętrzu, a doprowadzenie gazu inertnego i drugiego reagenta następuje poprzez króćce na zewnątrz reaktora. Urządzenie może znaleźć zastosowanie w aparatach do usuwania składników kwaśnych z gazów spalinowych, do których jako reagenta dodaje się gazowego amoniaku.A device is known from the description 318047 consisting of two perforated pipes arranged in such a way that one pipe is inside the other, the outlet openings of which are coaxial. Inert gas is supplied to the outer tube with the larger diameter of the exit holes, and the gas, which is the first reactant, is supplied to the inner tube with the smaller diameter of the exit holes. On the other hand, gas, which is the second of the reactants, is supplied to the flow reactor, in the opening of the wall of which the device is mounted. The device is mounted in the wall opening of the flow reactor, so that the pipes are inside it, and the inert gas and the second reactant are supplied through connectors outside the reactor. The device can be used in apparatus for removing acid components from flue gases to which gaseous ammonia is added as a reagent.

Znany jest z opisu 414964 sposób obniżania emisji amoniaku wynikającej z podawania reagenta selektywnej redukcji niekatalitycznej (SNCR) tlenków azotu w spalinach kotła energetycznego, w którym reagent jest dostarczany do obszaru kotła w lub za ostatnim w kierunku przepływu spalin obszarem dostarczania powietrza dopalającego, który charakteryzuje się tym, że obejmuje dostarczanie strumienia czynnika dopalającego nieprzereagowany reagent SNCR niosącego tlen, korzystnie strumienia powietrza, w strefie komory spalania i/lub ciągu spalinowego, pomiędzy miejscem dostarczania reagenta SNCR a miejscem, w którym temperatura spalin spada do 500°C. Przedmiotem wynalazku jest także system obniżania emisji amoniaku wynikającej z podawania reagenta selektywnej redukcji niekatalitycznej (SNCR) tlenków azotu w spalinach kotła energetycznego, charakteryzujący się tym, że zawiera środki doprowadzania strumienia czynnika dopalającego nieprzereagowany reagent SNCR niosącego tlen, korzystnie strumienia powietrza, do strefy komory spalania i/lub ciągu spalinowego, pomiędzy miejscem dostarczania reagenta SNCR znajdującym się w lub za ostatnim w kierunku przepływu spalin obszarem dostarczania powietrza dopalającego, a miejscem, w którym temperatura spalin spada do 500°C. Przedmiotem wynalazku jest ponadto kocioł energetyczny zawierający taki system obniżania emisji amoniaku wynikającej z podawania reagenta selektywnej redukcji niekatalitycznej (SNCR) tlenków azotu.There is known from the description 414964 a method of reducing ammonia emissions resulting from the feeding of a selective non-catalytic reduction (SNCR) reagent of nitrogen oxides in the exhaust of a power boiler, in which the reagent is supplied to the boiler area in or behind the last after-combustion air supply area, which is characterized by in that it comprises supplying a post-combustion agent stream of unreacted oxygen-bearing SNCR reagent, preferably an air stream, in a zone of the combustion chamber and / or flue-gas, between the point of supply of the SNCR reagent and the point where the temperature of the exhaust gas drops to 500 ° C. The invention also relates to a system for reducing ammonia emissions resulting from the supply of a selective non-catalytic reduction (SNCR) reagent of nitrogen oxides in the exhaust of a power boiler, characterized in that it comprises means for supplying a stream of an afterburning agent for the unreacted oxygen-carrying SNCR reagent, preferably an air stream, into the zone of the combustion chamber. and / or the exhaust path between the SNCR reagent supply point downstream of or downstream of the exhaust gas flow region and the point where the exhaust gas temperature drops to 500 ° C. The invention further relates to a power boiler comprising such a system for reducing ammonia emissions resulting from the feeding of a selective non-catalytic reduction (SNCR) reagent for nitrogen oxides.

Znany jest z opisu 332372 wynalazek dotyczący ulepszonego sposobu i ulepszonego urządzenia do zmniejszania stężenia tlenków azotu w gazach spalinowych wytwarzanych w wyniku spalania paliwa węglowego w urządzeniach do spalania wyposażonych w piec ze złożem fluidalnym z cząstek stałych. Wytwarzane w piecu gorące gazy płyną w nim głównie ku górze. Ciepło odzyskuje się z gorących gazów i gorącego materiału stałego na powierzchniach wymiany ciepła znajdujących się w piecu. Do pieca wprowadza się środek redukujący tlenki azotu za pomocą urządzeń wtryskowych połączonych integralnie z powierzchniami wymiany ciepła w celu utrzymywania temperatury środka redukującego na wlocie na odpowiednio niskim poziomie oraz w celu skutecznego wymieszania go z płynącym głównie ku górze strumieniem gorących gazów.There is known from description 332372 an invention relating to an improved method and an improved device for reducing the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas produced by the combustion of coal fuel in combustion devices equipped with a particulate fluidized bed furnace. The hot gases produced in the furnace flow mainly towards the top. Heat is recovered from hot gases and hot solids on the heat transfer surfaces of the furnace. The nitrogen oxides reducing agent is introduced into the furnace by means of injection devices integral with the heat transfer surfaces to keep the inlet temperature of the reducing agent sufficiently low and to effectively mix it with the predominantly upward stream of hot gases.

PL 238 354 B1PL 238 354 B1

Znany jest wtrysk reagenta do kotła w celu ograniczenia zawartości tlenków azotu. Znanymi reagentami są np. roztwór wody amoniakalnej lub mocznika, a wtrysk następuje w obszarze temperatur spalin 700-1100°C. Znane jest wprowadzanie reagenta króćcami poziomymi zabudowanymi w komorze paleniskowej, cyklonie lub ciągu konwekcyjnym. Otwory mogą być zakończone dyszami wtryskowymi.It is known to inject a reagent into a boiler to reduce the content of nitrogen oxides. Known reactants are, for example, a solution of ammonia water or urea, and injection takes place in the exhaust gas temperature range of 700-1100 ° C. It is known to introduce the reagent through horizontal nozzles installed in the furnace chamber, cyclone or convection line. The openings may end with injection nozzles.

Dotychczasowe rozwiązania konstrukcyjne dla selektywnej redukcji niekatalitycznej (SNCR) tlenków azotu w spalinach zwykle wymagają jednak wystarczająco długiego czasu pobytu oraz równomiernej dyspersji reagenta w strefie reakcji, co skutkuje zwiększeniem obszaru w którym zachodzi proces mieszania reagenta ze spalinami. Równomierna dyspersja reagenta wymaga ponadto wykonania wielu otworów w ścianach kotła dla równomiernego podawania reagenta, co jest trudne technicznie, kosztowne i może prowadzić do uszkodzeń mechanicznych, przyśpieszających korozję i zniszczenia ścian kotła lub reaktora.The existing design solutions for selective non-catalytic reduction (SNCR) of nitrogen oxides in exhaust gases usually require a sufficiently long residence time and uniform dispersion of the reactant in the reaction zone, which results in an increase in the area in which the process of mixing the reactant with the exhaust gas takes place. The uniform dispersion of the reagent also requires the production of many holes in the walls of the boiler for even feeding of the reagent, which is technically difficult, expensive and can lead to mechanical damage, accelerating corrosion and destruction of the boiler or reactor walls.

W dotychczasowych rozwiązaniach reagent jest wprowadzany w postaci cieczy rozpylanej gazem (np. sprężonym powietrzem), a jego odparowanie następuje we wnętrzu kotła, co opóźnia czas rozpoczęcia reakcji i pogarsza jej skuteczność, a w konsekwencji wymaga stosowania zwiększonych ilości reagenta, którego część pozostaje nieprzereagowana i jest wyprowadzana do środowiska, zanieczyszczając je.In the previous solutions, the reactant is introduced in the form of a liquid sprayed with gas (e.g. with compressed air), and its evaporation takes place inside the boiler, which delays the reaction start time and worsens its effectiveness, and consequently requires the use of increased amounts of the reactant, part of which remains unreacted and remains unreacted. discharged into the environment, polluting it.

Celem przedstawionego wynalazku jest ograniczenie punktowego i nierównomiernego rozdyspergowania reagenta w objętości gazu, zapewnienie dłuższego czasu pobytu reagenta w kotle, ograniczenie erozji, ograniczenie zużycia reagenta oraz ograniczenie ilości nieprzereagowanego reagenta i odpadów w spalinach i popiołach.The aim of the present invention is to reduce the point and uneven dispersion of the reagent in the gas volume, to ensure a longer residence time of the reagent in the boiler, to limit erosion, reduce reagent consumption and limit the amount of unreacted reagent and waste in the flue gas and ashes.

Istota wynalazku jest układ dla wprowadzania reagenta do kotła w strefie temperatur spalin 7501100°C wyposażony w parownik z otworami wylotowymi dla par reagenta połączony z co najmniej jednym króćcem dolotowym cieczy reagenta przechodzącym przez ścianę kotła. Wewnątrz parownika przed pierwszym otworem wylotowym gazu korzystnie znajdują się elementy zwiększające powierzchnię kontaktu i dyspersji cieczy na których następuje odparowanie wprowadzanej cieczy reagenta w przestrzeni zamkniętej parownika. Parownik układu dla wprowadzania reagenta do kotła może być zabudowany pionowo, poziomo lub skośnie. Parownik może stanowić rura składająca się z połączonych ze sobą odcinków.The essence of the invention is a system for introducing the reactant into the boiler in the flue gas temperature zone of 7501100 ° C, equipped with an evaporator with outlet openings for reactant vapors connected to at least one inlet port for the reagent liquid passing through the boiler wall. Inside the evaporator, upstream of the first gas outlet, there are preferably elements increasing the contact surface and the dispersion of the liquid, which evaporates the reactant liquid introduced in the closed space of the evaporator. The evaporator of the system for introducing the reagent into the boiler can be installed vertically, horizontally or obliquely. The evaporator may be a pipe consisting of sections connected to each other.

Efektem zastosowania układu według wynalazku jest poprawa stopnia rozdyspergowania i lepsze rozpylenie reagenta w przestrzeni poprzez wprowadzenie reagenta do kotła w fazie gazowej oraz poprzez zastosowanie wielopunktowego wprowadzania reagenta do kotła przy wykonaniu jednego lub najwyżej dwóch otworów w ścianach kotła dla zabudowy co najmniej jednego króćca dla dolotu cieczy reagenta.The effect of the application of the system according to the invention is the improvement of the degree of dispersion and better atomization of the reactant in the space by introducing the reagent into the boiler in the gas phase and by using a multi-point introduction of the reagent into the boiler with one or at most two holes in the walls of the boiler for the installation of at least one nozzle for liquid inlet reagent.

Zastosowanie układu według wynalazku w kotłach powoduje poprawę wymieszania się spalin i reagenta dające w efekcie obniżenie ilości zużywanego reagenta dla zachowania określonego poziomu emisji NOx, a także obniżenie zawartości nieprzereagowanego reagenta w spalinach i lotnym popiele. Rozpylanie reagenta w postaci gazowej po jego odparowaniu w parowniku pozwala ponadto uniknąć kontaktu ciekłego reagenta z elementami stalowymi kotła ograniczając korozję i erozję.The use of the system according to the invention in boilers improves the mixing of flue gas and reagent, resulting in a reduction in the amount of reagent consumed to maintain a certain level of NOx emission, as well as a reduction in the content of unreacted reagent in the exhaust gas and fly ash. Spraying the reagent in gaseous form after its evaporation in the evaporator also avoids the contact of the liquid reagent with the steel elements of the boiler, limiting corrosion and erosion.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia umiejscowienie układu wtryskowego reagenta w kanale kotła, Fig. 2 przedstawia układ doprowadzający reagent pionową rurą, Fig. 3 przedstawia układ doprowadzający reagent poziomą rurą, Fig. 4 przedstawia układ dla wprowadzania reagenta rurą skośną, Fig. 5 przedstawia układ dla wprowadzania reagenta poziomą rurą pod wymiennikiem ciepła w górnej części komory paleniskowej.The subject of the invention is presented in the drawing, in which Fig. 1 shows the location of the reagent injection system in the boiler channel, Fig. 2 shows the reagent supply system with a vertical pipe, Fig. 3 shows the reagent supply system with a horizontal pipe, Fig. 4 shows the system for reactant injection through a pipe inclined plane, Fig. 5 shows the arrangement for introducing the reactant in a horizontal tube under the heat exchanger in the upper part of the combustion chamber.

W kotle pokazanym na Fig. 1 układ zawierający urządzenia 1 znajduje się w kanale 2 łączącym komorę paleniskową kotła 3 z separatorem 4.In the boiler shown in Fig. 1, the system containing the devices 1 is located in the conduit 2 connecting the furnace chamber of the boiler 3 with the separator 4.

Fig. 2 przedstawia układ zawierający urządzenia 1 zabudowany w kanale 2 doprowadzające reagent w formie ciekłej 7 do pionowego parownika prosty 5 z otworami 6 na bocznej powierzchni parownika 5. Parownik w części pomiędzy króćcem dolotowym 8 doprowadzającym ciekły reagent a pierwszym z otworów wylotowych 6a wypełniony jest korzystnie elementami 11 zwiększającymi powierzchnię odparowania dla ciekłego reagenta 7 i poprawiającymi rozpływ par reagenta do otworów wylotowych 6. Elementami zwiększającymi powierzchnię odparowania reagenta i poprawiającymi rozpływ par mogą być np. kulki stalowe, granulat żeliwny, pierścienie Raschinga lub inne elementy tworzące złoże porowate. Rozmiar ziaren tworzących złoże porowate jest większy od średnicy otworu wylotowego 6 z parownika 5 zapewniając maksymalnie 50% przesłonięcia przekroju poprzecznego parownika 5.Fig. 2 shows a system comprising devices 1 built into the conduit 2 for supplying the reactant in liquid form 7 to the vertical evaporator, straight 5 with openings 6 on the side surface of the evaporator 5. The evaporator in the part between the inlet port 8 for the liquid reagent and the first outlet port 6a is filled. preferably elements 11 to increase the evaporation surface for the liquid reactant 7 and improve the flow of the reagent vapors into the outlet openings 6. The elements increasing the evaporation surface of the reagent and improving the vapor diffusion may be, for example, steel balls, cast iron granules, Rasching rings or other elements forming a porous bed. The size of the grains making up the porous bed is larger than the diameter of the outlet 6 from the evaporator 5, providing a maximum of 50% obstruction of the cross-section of the evaporator 5.

Fig. 3 przedstawia układ 1 doprowadzania ciekłego reagenta 7 króćcem 8 do poziomego parownika 5 z otworami 6 do komory paleniskowej 3 kotła.Fig. 3 shows the system 1 for supplying liquid reactant 7 through a pipe stub 8 to a horizontal evaporator 5 with openings 6 to the combustion chamber 3 of the boiler.

PL 238 354 Β1PL 238 354 Β1

Fig. 4 przedstawia układ 1 dla wprowadzania ciekłego reagenta 7 króćcem 8 do skośnego parownika 5 z otworami 6 do komory paleniskowej 3 kotła.Fig. 4 shows a system 1 for introducing liquid reactant 7 through a pipe 8 to a tilted evaporator 5 with openings 6 into the combustion chamber 3 of the boiler.

Fig. 5 przedstawia układ 1 dla wprowadzania ciekłego reagenta 7 dwoma króćcami 8 i 8a do poziomego parownika 5 z otworami 6 pod wymiennikiem ciepła 10 w komorze paleniskowej 3 kotła z dwoma otworami w ścianach kotła dla wprowadzenia króćców 8 i 8a do parownika 5. Długość parownika mieści się w zakresie od 10% do 100% rozmiaru ściany lub kanału kotła w miejscu jego zabudowy. Korzystnie parownik 5 może być obracany wokół osi 12. Parownik stanowi rura lub inny profil zamknięty o przekroju niekołowym. Parownik może stanowić rura składająca się z połączonych ze sobą odcinków. Reagent 7 wprowadzany jest w postaci ciekłej króćcem 8 do parownika 5 zawierającego korzystnie elementy 11 zwiększające powierzchnię odparowania reagenta 7 i poprawiające rozpływ par we wnętrzu parownika 5, a następnie pary reagenta wypływają do przestrzeni roboczej w kotle otworami 6 na bocznej powierzchni parownika 5.Fig. 5 shows the system 1 for introducing the liquid reagent 7 through two ports 8 and 8a into a horizontal evaporator 5 with openings 6 under the heat exchanger 10 in the furnace chamber 3 of the boiler with two openings in the boiler walls for introducing ports 8 and 8a into the evaporator 5. Evaporator length ranges from 10% to 100% of the size of the wall or duct of the boiler at the place of its installation. Advantageously, the evaporator 5 is rotatable about the axis 12. The evaporator is a tube or other non-circular closed profile. The evaporator may be a pipe consisting of sections connected to each other. The reactant 7 is introduced in liquid form through the port 8 to the evaporator 5, preferably containing elements 11 increasing the surface of the evaporation of the reagent 7 and improving the distribution of vapors inside the evaporator 5, and then the reagent vapors flow into the working space in the boiler through openings 6 on the side surface of the evaporator 5.

W celu zapewnienia drożności otworów wylotowych 6 z parownika 5 oraz utrzymania bezpiecznej temperatury parownika 5 w przypadku przerwy w dopływie reagenta 7 do parownika 5 korzystne jest wprowadzenie do układu 1 równoważnego strumienia wody lub strumienia sprężonego powietrza. Średnica otworów 6 oraz ich liczba dobrana jest w taki sposób, aby maksymalna prędkość wypływu par reagenta z otworów 6 nie przekraczała 0,9 Ma.In order to make the outlet openings 6 from the evaporator 5 clear and to maintain a safe temperature of the evaporator 5 in the event of a break in the flow of the reagent 7 to the evaporator 5, it is preferable to introduce an equivalent stream of water or a stream of compressed air into the system 1. The diameter of the holes 6 and their number are selected in such a way that the maximum velocity of the outflow of the reagent vapors from the holes 6 does not exceed 0.9 Ma.

Claims

Patent claims

System for introducing the reagent into the boiler in the flue gas temperature zone 700-1100 ° C, equipped with at least one inlet stub (8) for the reagent liquid, characterized by a straight evaporator (5) with outlet openings (6) for reagent vapors connected to with at least one inlet connection (8) for the reagent liquid passing through the boiler wall (3).

2. The system according to claim A method as claimed in claim 1, characterized in that it comprises inside the evaporator (5) before the first outlet opening (6a) means increasing the contact surface of the liquid, on which the introduced liquid evaporates in the closed space of the evaporator.

3. The system according to p. A method as claimed in claim 1, characterized in that the evaporator can be installed vertically, horizontally or obliquely.

4. The system according to p. The process of claim 1, characterized in that the evaporator may be a pipe consisting of interconnected sections.