PL87017B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób kondycjonowania gazów spalinowych zawierajacych lotne popioly, przed ich elektrycznym wytraceniem oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu. « Szczególnie wynalazek dotyczy sposobu i urzadzenia do odparowywania H2S04 lub daleko posunietego rozkladu kwasu na H20 iS03 w temperaturze powyzej 204°C i nastepnego ich reformowania na H2S04 na powierzchni czastek lotnego popiolu zawartego w strumieniu gazów spalinowych, przed ich wprowadzeniem do elektrofiltru w temperaturze tuz powyzej punktu rosy mieszaniny gazu z kwasem. «' Gazy odlotowe zawierajace lotny popiól, powstajace przy spalaniu wegla kamiennego lub innych paliw naturalnych odznaczaja sie pewna opornoscia rozwinieta w czastkach, co powoduje ich niedostateczna tendencje do elektrycznego osadzania.

Gazy spalinowe zawieraja wprawdzie S02, jednakze okazuje sie, ze S02 ani nie pomaga, ani nie przeszkadza w pozadanym procesie elektrycznego osadzania. Z drugiej strony stwierdzono, ze ostatecznie duza ilosc SO3 lub H2S04 obecna w strumieniu gazu lub w lotnym popisie obniza opornosc czastek do oddawania swych ladunków elektrostatycznych, w wyniku czego uzyskuje sie dobre wyniki osadzania.

Co sie tyczy opornosci lotnego popiolu przeciwko aglomerowaniu sie, to wiadomo jest równiez, ze jest to problem towarzyszacy zjawisku „zwrotnego wyladowania" lub „zwrotnej korony". Istotnie, w przypadku duzej opornosci pylów zachodzi wyladowanie lukowe poprzez warstwe pylu, wskutek czego gradient napiecia elektrody wyladowczej staje sie niedostateczny do utrzymania korony, prad staje sie pulsujacy, jak tez zachodzi wiele innych zjawisk, które przeszkadzaja w normalnym procesie oddawania ladunków elektrycznych przez czastki pylu i ich skutecznego osadzenia. « Sposób obróbki gazów spalinowych wedlug wynalazku polega na tym, ze gaz nosny nie zawierajacy jeszcze kwasu ogrzewa sie do temperatury 204°C lub wyzszej i nastepnie wprowadza sie kwas siarkowy, odparowujac go i miesza z gazem nosnym, przy czym przy wprowadzaniu zawierajacego kwas siarkowy gazu nosnego do zanieczyszczonego popiolami gazu odlotowego, utrzymuje sie temperature gazu odlotowego nieco powyzej punktu rosy gazu nosnego zawierajacego kwas siarkowy, który kondensuje sie i absorbuje na czastkach lotnych popiolów w postaci warstwy jednoczasteczkowej.2 87017 Urzadzenie do mieszania i wprowadzania powietrza z kwasem ma za zadanie takie operowanie H2S04 przed wlotem do elektrofiltru by sprowadzic do minimum problemy korozji w calym ukladzie, jak tez zmniejszanie przeplywu kwasu skoro tylko temperatura zblizy sie do punktu rosy.

Wynalazek przedstawia uklad urzadzen do obróbki gazów spalinowych zawierajacych lotne popioly przed poddaniem ich elektrycznemu osadzaniu, skladajacy sie z podgrzewacza sluzacego do podgrzewania gazów, powietrza, pary i ich mieszanin do temperatury powyzej 204°C; z urzadzenia wlotowego sluzacego do wprowadzania gazów do polaczonego z nim wyzej wymienionego podgrzewacza; z urzadzenia do przesylania podgrzanego strumienia gazów z podgrzewacza do urzadzenia mieszajacego i odparowujacego; z polaczonego z wymienionym urzadzeniem do przesylania podgrzanych gazów, mieszalnika-wyparki dzielacego sie na strefe mieszania i strefe odparowywania o konstrukcji wydluzonej w stosunku do kierunku przeplywu tak, by czas przebywania w tej strefie byl wystarczajacy do calkowitego zgazofikowania kwasu siarkowego w celu wytworze¬ nia gazowej mieszaniny gazu z kwasem, z urzadzenia odlotowego od wspomnianego wyzej urzadzenia wyparki- mieszalnika sluzacego do przesylania wspomnianej mieszaniny do kolektora; z zaworowego urzadzenia reguluja¬ cego, polaczonego ze wspomnianym mieszalnikiem-wyparka, przez które wprowadza sie kwas siarkowy do mieszalnika-wyparki; z urzadzenia wskazujacego i regulujacego temperature, polaczonego z mieszalnikiem-wypar¬ ka, reagujacego na panujaca w nim temperature i polaczonego z zaworowym urzadzeniem regulujacym, za pomoca którego mozna regulowac przeplyw kwasu w zaleznosci od temperatury panujacej w mieszalniku-wypar- ce; z urzadzenia kolektorowego polaczonego ze wspomnianym urzadzeniem do przewodu gazu spalinowego; z przewodu gazu spalinowego, polaczonego z urzadzeniem kolektorowym, w którym to przewodzie zachodzi skraplanie sie kwasu lub reformowanie rozlozonego kwasu w postaci warstwy monomolekularnej zaadsorbowanej na lotnym popiele, zawartym w gazie spalinowym znajdujacym sie w tymze przewodzie, przez co zmniejsza sie opornosc lotnego popiolu przed jego elektrycznym wytraceniem.

Na ogól goracy strumien gazu moze zawierac powietrze, które zostalo ogrzane do temperatury okolo 243°C lub wyzej^ przed zetknieciem sie z kwasem siarkowym wtrysnietym w celu jego odparowania lub rozlozenia na wode i trójtlenek siarki, to jest zgazowania, co mozna wyrazic przez: H2S04 "-? H20 + S03* Mozna tez pare przegrzana pod wysokim cisnieniem, w odpowiednio wysokiej temperaturze mieszac z wtrysnie- tym kwasem i wprowadzac do sasiedniej strefy odparowania celem calkowitego zgazowania H2S04. Strefa mieszania i odparowywania jest na ogól emaliowana i ma ksztalt wydluzony, umozliwiajacy skuteczne mieszanie x sie goracego strumienia gazu z kwasem i gruntownego zgazowania kwasu, goraca mieszanine prowadzi sie nastepnie rurami emaliowanymi lub innego rodzaju przewodami odpornymi na korozje do odpowiedniego zbiornika w celu równomiernego rozdzielenia mieszaniny do przewodu prowadzacego gaz spalinowy, zawierajacy lotny popiól, do elektrofiltru. Strumien gazu spalinowego jest normalnie znacznie chlodniejszy niz goraca mieszanina, tak ze w mieszaninie zachodzi formowanie lub wykroplenie sie i zaadsorbowanie kwasu na czastkach lotnego popiolu w przewodzie z gazem spalinowym w strefie kondensacji przed wlotem do elektrofiltru. Glówny strumien gazu spalinowego nalezy utrzymywac w temperaturze okolo 132—163°C tak by H2S04 ulegal adsorpcji lub skropleniu w postaci warstwy monomolekularnej na wlatujacych czastkach.

Ilosc kwasu dodawanego do strumienia gazu spalinowego powinna byc dostateczna do zapewnienia równowaznika w ilosci wagowej 10—30, korzystnie okolo 20 ppm lub taka sama objetosc trójtlenku siarki na milion objetosci gazu spalinowego. Zawartosc S02 w gazie spalinowym ze spalenia jednostki wegla wynosi okolo 500 ppm, tak, ze jak widac ilosc kwasu siarkowego, mierzona zawartoscia S03 stanowi okolo 1/20 zawartosci S02. Stwierdzono, ze pozadane jest zwiekszenie zawartosci rozpuszczalnych w wodzie siarczanów na czastkach lotnego popiolu w strumieniu gazu spalinowego, przy czym okazuje sie, ze jako ekwiwalent zwiekszonego stezenia siarczanu uzyskac mozna przez adsorpcje H2S04 na czastkach.

Z punktu widzenia wlasnosci fizycznych, kwas siarkowy zaczyna parowac w temperaturze okolo 132°C, a pelne wrzenie i/lub rozklad osiaga w temperaturze okolo 323°C. Z tego wzgledu pozadane jest, by ogrzany i przekazywany strumien gazowy stosowany byl w strefie mieszania i/lub odparowywania kwasu siarkowego w temperaturze powyzej 204°C, a korzystnie powyzej 243° w celu zapewnienia szybkiego odparowania i/lub rozkladu.

W systemie dzialania wykorzystano równiez automatyczne urzadzenie regulacyjne tak, ze jesli temperatura mieszaniny gazowej nie utrzymuje sie na poziomie 204°C, odcina sie wówczas doplyw kwasu w celu uniemozliwienia przedostania sie surowego kwasu przez strefe odparowania i przewód prowadzacy do przewodu gazu spalinowego. Dalsza regulacje w ukladzie zapewniaja urzadzenia czujnikowe i regulacyjne temperatury lub urzadzenie do pomiaru punktu rosienia, zastosowane w miejscu wlotu do przewodu gazu spalinowego w ten sposób, ze jesli goraca mieszanina powietrza i parujacego H2S04 ulegnie ochlodzeniu do poziomu bliskiego punktowi rosy, wtedy doplyw kwasu do ukladu ulega zmniejszeniu lub odcieciu. Inne urzadzenie do regulacji87017 3. temperatury zapewnia utrzymanie dokladnej temperatury w strefie ogrzewania przed strefa mieszania i paro¬ wania.

Ogólnie, stosunek wagowy goracego strumienia powietrza do ilosci wprowadzanego kwasu jest rzedu okolo —35. Jesli do strefy mieszalnika-wyparki wprowadza sie 12,5 kg kwasu na godzine na 230 kg powietrza na godzine, wówczas stosunek wagowy powietrza do kwasu wyniesie 230/12,5 = 18,4. Temperatura w punkcie wprowadzania goracej mieszaniny powietrza z kwasem do gazu spalinowego nie moze byc nizsza od punktu rosy mieszaniny. Ponizsze zestawienie przedstawia temperature punktu rosy dla róznych stosunków wagowych powietrza do kwasu: Stosunek wagowy, powietrze/kwas 42 35 29,5 24,6 20,4 17 Punkt rosy °F 390 400 410 420 430 440 °C 199 204 210 216 221 227 Punkt rosy mieszaniny o stosunku 18,4 : 1 wynosi okolo 224°C.

Na zalaczonym schemacie, przedstawiono urzadzenie do wprowadzania kwasu siarkowego do strumienia gazu spalinowego, w celu obróbki czastek lotnego popiolu przed elektrofiltrem. Piec i elektrofiltr nie sa pokazane.

Powietrze wprowadza sie przewodem 1 przez filtr 2 do przewodu 3 zaopatrzonego w zawór 4 i stad do podgrzewacza 5. Podgrzewacz 5 ogrzewany jest przeponowo reaktorem rdzeniowym 6 polaczonym z urzadze¬ niem rurowym 7. Przeponowy reaktor rdzeniowy uzyskuje energie elektryczna z transformatora 8 przewodami 9, zas zródlo elektryczne o napieciu 550 volt i mocy 12 kVA podlaczone do transformatora 8 zaznaczone jest jako przewód10.

Powietrze w podgrzewaczu 5 ogrzewa sie do temperatury okolo 204°C, korzystnie do temperatury 243°C i nastepnie tloczy ukladem 11 do strefy mieszania 12, tak by bylo dostatecznie gorace dla szybkiego odparowania lub rozkladu H2S04 wprowadzanego przewodem 16. H2S04 doplywa przewodem 13, poprzez pompe 14, zawór regulujacy 15 i przewód 16 w górnej czesci strefy mieszania 12. Strefa 12 ma wylot polaczony z górna czescia strefy odparowania 17, z której strumien w duzym stopniu rozlozonego kwasu przeplywa do linii przesylowej 18. Jak wspomniano, odparowalnik 17 ma ksztalt wydluzony aby zapewnic dostateczny czas przebywania w celu calkowitego zgazowania kwasu. Zbiornik 17 i linia przesylowa 18 sa emaliowane lub Wylozone materialem kwasoodpornym, aby zapobiec jej skoordynowaniu przez strumien kwasu. Odparowalnik 17 i linia przesylowa 18 sa równiez dobrze izolowane w celu zmniejszenia strat ciepla.

Przewód 18 laczy sie z wylotowa rura zbiorcza 19 majaca szereg przewodów odgaleziajacych 20, polaczonych z kanalem 21 odprowadzajacym na zewnatrz gaz spalinowy. Tak wiec, odparowany kwas wprowadza sie równomiernie przez liczne przewody 20 do gazu spalinowego przed jego wlotem do elektrofiltru (nie pokazanego na rysunku). Szereg przewodów wprowadzajacych 20 zapewnia równomierna kondensacje i adsorpcje H2S04 na czastkach lotnego popiolu wewnatrz strumienia. Ze wzgledów praktycznych, w przewo¬ dzie gazu spalinowego powinien byc co najmniej krótki segment sluzacy jako strefa kondensacyjno-adsorpcyjna miedzy punktem wprowadzajacym mieszanine powietrza i kwasu a ukladem elektrofiltru, celem umozliwienia reformowania i skroplenia kwasu na czastkach lotnego popiolu.

Nie mozna ograniczac temperatury strumienia gazu spalinowego w ukladzie przewodu 21 do jakiejs ustalonej temperatury. Temperatura gazu spalinowego powinna byc tuz powyzej punktu rosienia mieszaniny gazu z kwasem i mieszaniny gazu spalinowego powstajacego w strefie adsorpcyjnej, zasadniczo powinna wynosic' okolo 132—163°C, w celu umozliwienia skroplenia kwasu lub reformowania produktów rozkladu kwasu w postaci warstwy jednoczasteczkowej na wprowadzanych czastkach. Mimo ze wprowadzenie pewnej ilosci S03 do elektrofiltru nie wywiera szkodliwego wplywu i jest korzystne w obróbce gazu spalinowego dla pokonania opornosci wprowadzanych czastek na elektrodach zbiorczych ukladu elektrofiltru, uwaza sie, ze jest to korzystne dla obróbki czastek gazu. Tak wiec konieczne jest, by czastki lotnego popiolu byly pozbawione opornosci przed elektrodami zbiorczymi, na których czastki ulegaja zobojetnieniu i opadaja do zbiorników kolektorowych. Eliminuje to w znacznym stopniu zjawisko „zwrotnej korony", które wystepuje gdy na elektrodzie osadza sie oporny rodzaj lotnego popiolu.

Aby zapewnic bezawaryjna prace, czujnik temperatury 22 w podgrzewaczu 5 i wskaznikowy regulator temperatury 23 polaczony jest z rdzeniowym reaktorem przeponowym 6, przewodem 24, oraz z przekaznikiem przewodem 26 w ten sposób, ze utrzymuje sie odpowiedni doplyw ciepla'dla podgrzewania goracego powietrza przepuszczanego przez ogrzewacz 5. Bezpieczna regulacje zapewnia przewód regulacyjny 27 od przekaznika 25 do zaworu 15, który moze odciac plynacy kwas w przewodzie 16, jesli temperatura powietrza (lub pary wodnej) wychodzacego z ogrzewacza 5 spadnie ponizej ustalonej temperatury. Uklad regulacyjny4 87017 umozliwia równiez pomiar przeplywu za pomoca urzadzenia 28 w przewodzie powietrza 3 polaczonym z zaworem regulacyjnym 4 i przekaznikiem 25 poprzez przewód 29 w ten sposób, ze daje to wlasciwa i kontrolowana ilosc powietrza wprowadzanego do ogrzewacza 5 i straty mieszania 12, celem utrzymania pozadanego stosunku powietrza do kwasu.

Wskaznik temperatury 30 przy wylocie z odparowalnika kwasu 17 polaczony jest z regulatorem temperatu¬ ry 31, który poprzez przewód 32 przylaczony jest do przekaznika 25, przez co mozna obnizyc szybkosc dozowania kwasu, jesli spada temperatura mieszaniny powietrza z kwasem. W jeszcze innym urzadzeniu kontrolnym stosuje sie analizator punktu rosienia 33 z czujnikiem 34 w przewodzie 21, polaczony przewodem i 36 z przekaznikiem 25. Tak wiec, jesli temperatura jest bliska punktowi rosienia, przeplyw kwasu w przewodzie 16 ulega zmniejszeniu lub przerwaniu, co zapobiega powstawaniu korozji w przewodzie 21.

W schemacie przeplywowym, jak tez w poszczególnych czesciach aparatury w ukladzie mozna dokonac szeregu modyfikacji. Na przyklad, ogrzewanie wewnatrz komory 5 mozna usprawnic przyez uzycie wezownicy grzejnej polaczonej ze strefa ogrzewania, zamiast urzadzenia przeponowego reaktora rdzeniowego. Rózne rodzaje dysz mieszajacych lub stref zaopatrzonych w lamacze strumienia przeplywu mozna zastosowac dla ukladu parowania i zgazowania H2S04. Równiez czesc ukladu odparowywania kwasu moze byc umieszczona wzglednie blisko .glównego przewodu gazu spalinowego tak, aby wyeliminowac uzycie dlugiego przewodu do transportu strumienia goracego gazu i kwasu ze strefy parowania do przewodu gazu spalinowego. Jesli uzywa sie przegrzanej pary zamiast goracego powietrza, mozna przegrzewacz powietrza usunac.

Claims (6)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób kondycjonowania gazów spalinowych przed oczyszczaniem elektrostatycznym, zawierajacych lotne popioly, za pomoca wytwarzania goracego gazu nosnego, wprowadzania tego gazu do zanieczyszczonego popiolami gazu spalinowego i wytracania czastek popiolu lotnego z zaadsorbowanym na nich S03 w elektrofil¬ trze, znamienny t y m, ze gaz nosny nie zawierajacy jeszcze kwasu ogrzewa sie do temperatury 204°C lub wyzszej i nastepnie wprowadza sie kwas siarkowy, odparowuje go i miesza z gazem nosnym, przy czym przy wprowadzaniu zawierajacego kwas siarkowy gazu nosnego do zanieczyszczonego popiolami gazu odlotowego utrzymuje sie temperature gazu odlotowego nieco powyzej punktu rosy gazu nosnego zawierajacego kwas siarkowy, który kondensuje sie i adsorbuje na czastkach lotnych popiolów w postaci warstwy jednoczastecz- kowej.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze kondensacje i adsorbcje kwasu siarkowego na czastkach popiolów lotnych przeprowadza sie w temperaturze strumienia gazu odlotowego wynoszacej okolo 132-163°C.

3. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze jako gaz nosny stosuje sie powietrze.

4. Sposób wedlug zastrz. 3, z n a m i e n n y t y m, ze miedzy goracym powietrzem a kwasem siarkowym utrzymuje sie stosunek wagowy okolo 15 :1 — 35 :1.

5. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze doplyw kwasu zmniejsza sie lub przerywa, gdy mieszanina powietrza i odparowanego kwasu siarkowego ochladza sie do temperatury bliskiej punktu rosy.

6. Urzadzenie do kondycjonowania gazów, zawierajace podgrzewacz do podgrzewania strumieni gazowych powietrza, pary wodnej lub mieszaniny powietrze—para wodna do temperatury powyzej 204°C, doprowadzenie gazu polaczone z podgrzewaczem do doprowadzania strumienia gazu do podgrzewacza, przewód do przeprowa¬ dzania ogrzanego strumienia gazu z podgrzewacza do urzadzenia mieszajaco-odparowujacego, przylaczone do tego przewodu urzadzenie mieszajace i odparowujace ze strefa mieszania i strefa odparowywania o budowie wydluzo¬ nej w kierunku przeplywu i takich rozmiarach, ze czas przebywania w strefie odparowania calkowicie wystarcza na w zasadzie calkowite odparowanie kwasu siarkowego i utworzenie sie mieszaniny z ogrzanego gazu i odparo¬ wanego kwasu i polaczenie wychodzace z urzadzenia mieszajaco-odparowujacego do doprowadzania mieszanki do urzadzenia rozdzielajacego, zngmienne tym, ze ma doprowadzenie kwasu siarkowego (13—16) polaczone z urzadzeniem mieszajaco-odparowujacym (12, 17), wyposazone w zawór sterujacy (15) do regulacji doplywu kwasu siarkowego do urzadzenia mieszajaco-odparowujacego, urzadzenie pomiaru temperatury i regula¬ tor (30, 31, 25) polaczone z urzadzeniem mieszajaco-odparowujacym (12, 17) i zaworem sterujacym (15), sluzace do regulacji doplywu kwasu siarkawego do urzadzenia mieszajaco-odparowujacego w funkcji tempera¬ tury w tym urzadzeniu, polaczony z urzadzeniem mieszajaco-odparowujacym za pomoca przewodu (18), rozdzielacz (19) do wprowadzania mieszaniny gazu i odparowanego kwasu siarkowego do kanalu (21) gazu odlotowego, przeznaczonego do kondensacji kwasu siarkowego lub syntezy rozlozonego kwasu siarkowego w postaci jednoczasteczkowej warstwy tego kwasu zaadsorbowanej na czastkach lotnego popiolu w gazie odlotowym i zmniejszania tym samym opornosci tych czastek na wytracanie elektrostatyczne, urzadzenie pomiaru punktu rosy (33, 34) umieszczone wewnatrz kanalu (21) gazu odlotowego i urzadzenie regulacyjne (33,87 017 5 25 ff) polaczone z urzadzeniem do pomiaru punktu rosy i zaworem sterujacym (15) w doprowadzaniu kwasu siarkowego (13—16) do urzadzenia mieszajaco-odparowujacego (12, 17), do regulacji doplywu kwasu w zalez¬ nosci od wyników pomiaru punktu rosy.