SE461957B - Foerfarande foer avlaegsning av gasformiga svavelfoereningar saasom svaveldioxid ur roekgaser - Google Patents

Description

4.61 957 temperatur är härvid c:a 50-80 OC och regleringen av det kal- ciumhydroxidhaltiga vattenslammets insprutning är synnerligen viktig, ty eljest kan stora, våta droppar bli kvar på reaktorns botten. Kalciumhydroxidslammet tjockhet bör hållas så hög, att det i rökgaserna befintliga värmet räcker till att förflyktiga det till reaktorn kommande vattnet så, att absorptionsproduktener hålls i form av ett torrt pulver. Med förfarandet är det möjligt att avlägsna till och med 90 % av svaveldioxiden. Bland metodens nackdelar må nämnas den lätthet, varmed munstycket blir tilltäppt, samt behovet av en extra framställnings- och doseringsapparatur för kalciumhydroxidens vattenslam, som höjer investeringsutgif- terna och ökar svårigheterna med droppstorlekens reglering vid insprutningen.

Avsikten med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en metod för avlägsning av gasformiga svavelföreningar, såsom svaveldioxid ur rökgaser från pannor, med vilket förfarande de gasformiga sva- velföreningarna kan omvandlas från gaser till lätt separerbara fasta svavelföreningar och sedan effektivt avlägsnas ur pannans rökgaser på ett enkelt och ekonomiskt sätt.

Uppfinningens huvudsakliga kännetecken framgår ur bifogade pa- tentkrav.

I förfarandet enligt föreliggande uppfinning matas det med de gasformiga svavelföreningarna och speciellt svaveldioxiden reage- rande ämnet och vattnet separat till prosessen, varvid svårighe- ter med slammets framställning, behandling och inmatning undviks så att, _ a) det förutom det svavelhaltiga, brännbara ämnet och den syrehaltiga gasen även matas pulverformig alkali- och/eller jordalkalimetalloxid och/eller en motsvarande förening, som i pannan omvandlas till oxid, såsom karbonat (6), till de från pan- nan avgående svaveldioxidhaltiga rökgaserna, 461 957 b) pannan och/eller rökgaserna besprutas separat med vatten och/eller ånga för omvandling av oxiden till hydroxid, som rea- gerar med svaveldioxid, och slutligen att c) det fasta ämnet, som innehåller alkali- och/eller jord- alkalimetallsulfat samt möjligen -sulfit, separeras från gaserna.

Uppfinningens grundtanke är alltså att de för avlägsning av sva- veldioxid icke aktiva kalcium- och magnesiumoxiderna aktiveras först in situ i rökgaserna med vatten och/eller vattenånga, varvid de omvandlas till motsvarande hydroxider och omsättes med svaveldioxid till en fast sulfat/sulfitblandning, som sedan effektivt kan avlägsnas ur rökgaserna med fysikaliska separe- ringsmetoder. oxid och/eller karbonat matas i pulverform till pannans brännut- rymme beroende på bränslets svavelhalt så, att mängden alkali- och/eller jordalkalimetaller åtminstone motsvarar mängden svavel i reaktionsformelns molförhållande, dock företrädesvis i en större mängd än vad som behövs för reaktionen. Genom separat tillförsel av oxid och/eller karbonat i pulverform till brännutrymmet, eller oxiden direkt till rökgaskanalen, behöver matningen inte ske som slamm genom ett munstycke, varigenom tilltäppning av munstycken och användning av extra framställnings- och doseringsapparater kan undvikas. Vatten och ånga är däremot enkla och lätta att tillföra geflOm mllnStyCkêfl Tillförseln av vatten och ånga till rökgaserna sker i praktiken vid temperaturen 50-800 OC, dock företrädesvis vid temperaturen 90-200 OC. Om absorptfonsprodukten skall tagas tillvara som ett väsentligen torrt pulver, används vid besprutningen endast så mycket vatten, att det av rökgasernas värmeenergi och reaktions- värmet kan förflyktigas till ånga eller så används en liten mängd utifån till systemet tillförd energi som tillskottsenergi för 461 957 reaktionen.

Uppfinningen beskrivs nedan närmare med hänvisning till bifoga- de ritning, som schematiskt beskriver en apparat lämplig för genomförande av metoden enligt föreliggande uppfinning.

I ritningen har pannan allmänt försetts med hänvisningsnumret 1.

Till pannans 1 brännutrymme matas svavelhaltigt ämne 4, som skall brännas, i allmänhet i förvärmd form, oxidhaltig gas 5 och kal- cium- och/eller magnesiumoxid 6' och/eller -karbonat 6 företrä- desvis i överskott jämfört med den i brännutrymmet alstrade sva- veldioxidgasen. Ordet "överskott" betyder här, att den mängd kal- cium, magnesium eller kalcium och magnesium, som finns i kalcium- och/eller magnesiumoxiden och/eller -karbonatet, är större än vad som teoretiskt enligt reaktionsformeln skulle behövas för att omsätta allt det till brännutrymmet matade svavlet.

Det till pannan matade karbonatet sönderfaller i pannan till oxid , och koldioxid. Oxiden kan å sin sida omsättas med svaveldioxid först till sulfit och sedan genom oxidation till sulfat. På grund av sin korta uppehållstid i pannan hinner endast en del av oxiden reagera med svaveldioxid vid en för reaktionen tillräckligt hög temperatur, varför kalcium- och/eller magnesiumoxidhaltiga rökgaser 8, som innehåller brännavfall och därjämte icke absorbe- rad svaveldioxid, avgår ur pannans brännutrymme längs rökgaskana- len 7. Därtill eller alternativt kan oxid 6' i pulverform matas direkt till rökgaskanalen 7 eller till den därpå följande reaktorn 2.

Rökgasernas 8 temperatur är i praktiken så låg, att reaktionen mellan kalcium- och/eller magnesiumoxid och svaveldioxid är rela- tivt svag och oxiderna kan i dessa förhållanden anses relativt inaktiva ur svavelavlägsningens synpunkt. Luften (5), som skall tillföras pannan (1), kan emellertid upphettas medelst rök- 461 957 gaserna 8 i en värmeväxlare 12.

De ur pannans l brännutrymme avgående kalcium- och/eller magne- siumhaltiga rökgaserna 8, som innehåller svaveldioxid, leds sedan in i reaktorn, som allmänt försetts med hänvisningsnumret 2. För aktivering av kalcium och/eller magnesium insprutas i reaktorns 2 rökgaser vatten 9 eller ånga, som omsätts med kalcium- och/eller magnesiumoxid till motsvarande hydroxid. Hydroxiden omsätts å sin sida med den i rökgaserna 8 återstående svaveldioxiden till mot-a svarande sulfit, som i närvaro av syre åtminstone delvis oxideras vidare till motsvarande sulfat. Det till reaktorn 2 matade vatt- nets 9 mängd regleras så låg, att rökgasernas 8 värme förslår att förflyktiga det till reaktorn 2 tillförda vattnet. Härvid kan den torra pulveraktigaJreaktionsprodukten avlägsnas liksom övrigt damm medelst en konventionell dammseparator 3, varifrån rökgaserna ll leds vidare till skorstenen 13 och det separerade pulvret 12 möj- ligen leds till fortsatt behandling. vattnets eller ångans och-den pulveraktiga oxidens tillsattsord- ning är inte på något sätt kritisk. Sålunda kan till exempel vat- ten eller ånga matas till pannan och den pulverformiga oxiden tillföras först efter pannan, antingen till rökgaskanalen eller till den därpå följande reaktorn. Bland ytterligare fördelar med förfarandet enligt föreliggande uppfinning må nämnas att förfa- randet kan tillämpas i en panna som försetts med hurudan typ av förbränningsapparatur som helst. Pannans storlek är ingen begrän- sande faktor och det är inte nödvändigt att låta magnesiumoxiden cirkulera i brännutrymmet, varvid dyra lösningar kan undvikas, som innefattar cirkulationsbäddar med dyra cirkulationsanordningar samt extra dammbildning och -separation, vilket hör till nacäde- larna med cirkulationsbäddanordningar och beror på deras fu ztions- princip. Jämfört med den kända spraymetoden är insprutning av vatten och ånga i reaktorn 2 dessutom betydligt enklare och lät- tare att genomföra än vid användning av slamm, som tilltäpper mun- 461 957 styckena och är svårt att blanda. En ytterligare fördel är, att karbonatet ekonomiskt kan brännas i själva brännutrymmet av pan- nan.

Uppfinningen beskrivs nedan närmare med hjälp av exempel.

Exempel 1 Till en koldammspanna med effekten 600 MW, tillförs vid använding med full kapacitet 70 t/h kol vars svavelhalt är 1,4 %. Förbrän- ningsluft tillförs i överskott så, att oxidhalten i rökgaserna är 4 %. Till pannan matas kalk, som kan vara till exempel kalcium- karbonat, dolomit eller kalciumoxid.Til1 pannan matas t.ex kal- ciumkarbonat, med kalciumkarbonathalten 90 % i ett visst va- rierande förhållande till den svavelmängd, som kommer med bränslet till pannan. Den teoretiska ekvivalentmängden är cirka 3,4 tn/h kalciumkarbonat.

Kalciumkarbonatet sönderdelas (1) caco ---- cao_+ co 3 2 i pannan vid hög temperatur till kalciumoxid och koldioxid som avgår tillsammans med rökgaserna från pannan. En del av kalcium- oxiden i pannan omsätts med svaveloxider, som finns i rökgaserna, till kalciumsulfat- eller sulfit. (2) cao + so + 1/2 o ---- caso 2 2 4 eller cao + soz ---- casoa caso + 1/2 0 ---- caso 3 2 4 461 957 Vatten och/eller ånga insprutas i rökgaserna antingen i pannan eller rökkanalen eller i en separat efter rökkanalen befintlig reaktor.

Det är energiekonomiskt fördelaktigast att öka rökgasernas fuk- tighet genom att bespruta dem med vatten i en separat reaktor efter det, att de passerat ytorna för värmetillvaratagning.

En ökning av rökgasernas fuktighet möjliggör alstrandet av 'mycket reaktiv kalciumhydroxid ur den oreagerade kalciumoxiden i pannan, (3) cao + H20 ---- ca(oH)2 ca(oH) +so ---- caso + H o 2 2 3 2 som snabbt reagerar med de svaveloxider, som finns i rökgaserna.

Ju fuktigare rökgaserna är då de avgår, desto effektivare blir svaveldioxiden avlägsnad ur rökgaserna. Energiekonomiskt är det emellertid fördelaktigast att verka så, att det vid de kemiska reaktionerna frigjorda värmet räcker till för att förflyktiga den tillsatta vattenmängden. För höjning av rökgasernas sluttempera- tur tillförs antingen utomstående värme eller en ström av varm _ rökgas.

Väsentligt är att den från kalciumkarbonat eller dolomit härrö- rande föreningen, som kommer till reaktionszonen, är i oxidform.

Resultaten finns i följande tabell, där den ur rökgaserna avlägs- nade svaveldioxidmängden framgår prosentuellt, då varierande mängder kalciumkarbonat enligt föreliggande uppfinning tillförts pannan. Kalciumkarbonatmängden har angetts som molförhållandet mellan det pulverformiga kalciumkarbonatets kalciumhalt och det_ till pannan matade bränslets svavelhalt. Rökgasernas temperatur(Tín) 461 957 z ßv' ' “är mätt omedelbaff före det-ställe: där vatten eller ånga ihmatas, förutom i ~víd -8009- Cf-dâ-vatten--och- ånga--inrnatas-di rekt i pannanrTefnpera-turen* Tufavser- ' 2 rökgasens tempelaturp dess paygånpgfrån reaktorn 2. p __ Tabell I Ca/S _ , Böëßïësfiësïï -§š?li2ï*EEä_ S02 Tin 3 Tut reduktion 0,49 aoooc A) 1os°c 42 2 o,s2 so°c es°c se % 1,52 2o2°c 74°c 77 % 1,56 9o°c eaoc 82 % 2,20 2oo°c 72°c 87 % 2,22 12o°c 62°c 96 % 2,3 11o°c es°c 93 % 2,5 9o°c es°c 97 % 4,1 eoo°c 11o°c 72 % 4,0 12o°c ' es°c se % A) inmatning av vatten eller ånga till pannan B) omedelbart före vattnets inmatningsställe Exempel 2 Till en koldammpanna enligt exempel l tillförs med samma funk- tionsvärden dolomit som innehåller 45 % kalciumkarbonat (CaCO ), 45 % magnesiumkarbonat (MgC0 ) och 10 % orenheter. I förhållande till svavelmängden, som skall tillföras, behövs på basen av ekvi- valensen cirka 6,8 tn/h dolomit.

Det kalcium- och magnesiumkarbonat, som dolomiten innehåller, sönderdelas i pannan till kalcium- och magnesiumoxid och till kol- dioxid, som avgår med rökgaserna från pannan. En del av oxiderna i pannan omsätts med de i rökgaserna befintliga svaveloxiderna 461 957 till sulfat eller sulfit. Rökgaserna besprutas med vatten och/el- ler vattenånga antingen i pannan eller i rökkanalen eller i en separat, efter rökkanalen befintlig reaktor, varvid de oxider, som på grund av fuktighetsökningen i pannan inte reagerat, kan alstra hydroxid. Hydroxiden å sin sida omsätts med de svaveloxider, som finns i rökgaserna, till pulverformiga reaktionsprodukter.

Vid användning av dolomit omsätts den mycket reaktiva kalciumhyd- roxiden före den långsammare magnesiumhydroxiden, som vid till- räkligt hög kalkmängd passerar reaktorn nästan utan att omsättas.

Då processen planeras enbart på basen av det i dolomiten befint- liga kalciumet erhålls ovan anförda ekvivalentmängd. Då kalciumets molförhållandet till svavel är minst l motsvarar prosessens funk- tionella resultat väsentligen värdena i tabell lf Exempel 3 Till en panna enligt exempel 1 tillförs med motsvarande funktions- värden kalciumoxid, som innehåller l0 % orenheter. Den teoretiska ekvivalentmängden kalciumoxid är i förhållande till den svavel- mängd, som kommer till pannan med bränslet, cirka 1,9 tn/h.

En del av kalciumoxiden omsätts i pannan med de i rökgaserna be- fintliga svaveloxiderna till kalciumsulfat eller -sulfit.

Rökgaserna besprutas med vatten och/eller ånga antingen i pannan eller i rökkanalen eller i en separat efter rökkanalen befintlig reaktor.

Kalciumoxiden alstrar tack vare fuktighetsökningen mycket reaktiv kalciumhydroxid, som snabbt reagerar med de ännu i rökgasen be- 'fintliga svaveloxiderna. Ju fuktigare de avgående rökgaserna är, desto effektivare avlägsnas svaveldioxiden ur rökgaserna. Ur energiekonomiskt synpunkt är det emellertid fördelaktigt att handla så, att det i den kemiska reaktionen frigjorda värmet räc- 461 957 10 ker till att förflyktiga den tillsatta vattenmängden.

Då det med kalciumoxiden tillsatta kalciumets molförhållande till svavlet defineras, erhåll resultat, som överensstämmer med tabell 1.

Claims (6)

461 957 11 Patgntkgav

1. Förfarande för avlägsning av gasformiga svavelföreningar såsom svavel- dioxid ur rökgaser från pannor, k ä n n e t e c k n a t a v, att a) det förutom ett svavelhaltigt, brännbart ämne (4) och en syrehaltig gas (5) även matas pulverformig alkali- och/eller iordalkalimetalloxid och/eller en motsvarande förening, som i pannan omvandlas till oxid, såsom karbonat (6), till pannan (1) för åstadkommande av nybildad oxid i de från pannan avgående svaveldioxidhaltiga rökgaserna (8), b) vatten (9) och/eller ånga insprutas separat (2) i pannan (1) och/eller en därpå föliande reaktionszon (2), där den nybildade oxiden omvandlas in situ till hydroxid, vilken i gassuspension reagerar med svaveldioxid, och slutligen att _ c) det som reaktionsprodukt erhållna fasta ämne (12), som innehåller alkali- och/eller jordalkalimetallsulfat samt möjligen sulfit, separeras (3) från gaserna (11) sedan det lämnat reaktionszonen (2).

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v, att ett överskott av nämnda pulverformiga ämne (6,6') inmatas i förhållande till det till rökgaserna befintliga svavlet.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v, att insprutningen av vatten (9) och/eller ånga utförs vid rökgastemperatu- ren 50-B00'C, företrädesvis vid 90-200'C.

4. Förfarande enligt något av patentkraven 1 till 3, k ä n n e t e c k - n a t a v, att i rökgaserna (8) insprutas högst så mycket vatten (9), att detta kan förflyktigas av den värmeenergi, som rökgaserna och reaktionerna utvecklar.

5. Förfarande enligt något av patentkraven 1 till 3, k ä n n e t e c k - n a t a v, att en liten mängd extra värme tillförs rökgassuspensionen utifrån innan denna leds till separationen av det fasta ämnet. 461 957 12

6. Förfarande enligt något av föregående krav, k a n n e t e c k n a t a v, att det pulverformiga ämne, som skall tillföras, är kalciunkarbonat, kalcium-magnesiumkarbonat och/eller motsvarande oxider.