SE462551B - Foerfarande vid rening av vid foerbraenning av kol bildade gaser - Google Patents

Description

462 551 10 15 20 25 30 35 2 hållsproblem. Våt-torr rökgasrening ger lägre kapitalkostnad men kräver en mer förädlad sorbent, som ofta är mycket dyrare. De helt torra metoder- na ger den lägsta investeringskostnaden av rökgasreningssystemen men krä- ver oftast en mycket förädlad, och därmed dyr, sorbent och ger inte möj- lighet till höggradig rening. Inte heller med separat befuktning av rök- gaserna som föreslås i bl a SE 7908674-0 blir reningen tillfredsställande enligt dagens miljökrav.

En avgörande faktor för absorptionsreaktionerna är partiklarnas yta. Ju större specifika arean är desto snabbare och effektivare binds svavlet till sorbenten. En annan viktig faktor är benägenheten att behålla fukt.

Det har exempelvis föreslagits tillsatser av hygroskopiskt material för att hålla en väsentligen torr sorbent lite fuktig på ytan i SE 8006604-6.

För att ge en stor specifik area mals sorbenten ofta till ett fint pulver eller också behandlas den pá annat sätt som ger motsvarande resultat.

Släckning av bränd kalk ger exempelvis en stor specifik area. För att förhindra ihopklumpning och för att frilägga nya ytor förekommer även malning av det stoft som recirkuleras för att sorbenten skall utnyttjas effektivare. Exempel på detta ges i EP 0177896 och US 4.590.046.

Flygaska från koleldade pannor innehåller vanligtvis kalcium. En liten del av de i rökgasen befintliga svaveloxiderna kan därför bindas till flygaskan. Askan finns dock vanligen i form av sfärer med en nästan glas- artad yta, varför svavelbindningen försvåras. Endast en mycket liten del av det teoretiskt möjliga kan utnyttjas. Lågtemperaturreaktionerna vid svavelbindningen sker dessutom snabbast med släckt kalk som absorbent.

I flygaskan finns huvudsakligen Ca0, och det är p g a askans hårda yta mycket besvärligt att överföra denna till Ca(0H)2 via släckning i vatten.

Utnyttjande av flygaska på detta sätt har föreslagits i SE 7904382-4, där flygaskan blandas med släckt kalk och vatten till en slurry, som tillförs en avsvavlingsreaktor arbetande enligt den våt-torra metoden. Flygaskan påverkar dock avskiljningen bara marginellt.

För att på ett långt effektivare sätt utnyttja alkalisk flygaska vid av- svavling av rökgaser föreslås enligt föreliggande uppfinning att flygaskan tillförs vatten och mals i vatt tillstånd för att i flygaskan befintlig Ca0 och Si02 skall omvandlas till Ca(0H)2 och kalciumsilikater. 10 15 20 25 30 35 462 551 3 När kalciumföreningar och kisel finns i vattenlösning, sker ofta så kal- lade pozzolana reaktioner. Detta innebär att amorfa eller kristallina tillväxter sker på ytan av partiklarna i en suspension. Så länge dessa reaktioner pågår kan en ytförstoring ske. Om flygaskan innehåller mycket kisel, kan den specifika arean ökas väsentligt. Om innehållet av kalcium är otillräckligt, kan reaktionerna vidmakthållas genom tillsats av exempel- vis släckt kalk till suspensionen. Enligt föreliggande uppfinning före- slås därför speciellt att vattensuspensionen av mald flygaska också till- förs bränd eller släckt kalk, om inte askans egen alkalinitet räcker till.

Mest gynnsamma viktsrelation mellan Si02 och Ca0 verkar vara ungefär 2.

Om kiselinnehållet är lågt, kan pá motsvarande sätt Si02 tillföras.

Om flygaskans egen alkalinitet är hög sker areaökningen väsentligt snabba- re än om extra Ca(0H)2 behöver tillföras. Om flygaskan inte mals, sker areaökningen mycket långsamt, och motverkande reaktioner leder ibland till en areaminskning långt innan ett teoretiskt maximum uppnåtts.

Eftersom flygaskan mals i vått tillstånd, exempelvis i en kulkvarn, påbör- jas de önskade reaktionerna för bildning av släckt kalk och kalciumsilika- ter omedelbart och reaktionshastigheten blir högre än vid malning i torrt tillstånd, då de vid malningen frilagda ytorna först kommer i kontakt med luft. Med högalkalisk flygaska erhålls huvuddelen av ytfcrstoringen under själva våtmalningen. Den exoterma släckningsreaktionen ger en kraftig tem- peraturförhöjning, som även påskyndar bildningen av kalciumsilikater.

Utöver den i sig gynnsama effekten av ytförstoringen ger de pozzolana reaktionsprodukterna en väsentligt ökad benägenhet för partiklarna att binda fukt. Svavelbindningsreaktionerna är starkt beroende av fukt pâ ytan av partiklarna i sorbenten. I de våt-torra metoderna sker därför bindningen av svavel huvudsakligen under den tid sorbenten är i vatten- suspension. I heltorra metoder är relativa fuktigheten en viktig parame- ter. En sorbent som har stor benägenhet att binda fukt på sin yta är i båda metoderna fördelaktig. I heltorra metoder ger den en helt avgörande fördel. I de våt-torra ger den en väsentligt förbättrad svavelavskiljning i den utrustning där den torkade sorbenten avskiljs.

När flygaska och släckt kalk hålls i suspension för aktivering av flyg- askan enligt ovan, bör temperaturen vara väsentligt högre än rumstempera- 462 551 10 15 20 25 30 35 4 turen. Maximalt utnyttjande av flygaskans alkalinitet verkar kräva en temperatur på minst 65°C. Vid högre temperaturer erhålls samma resultat på kortare tid. Vid lägre temperaturer avstannar reaktionerna innan all Ca överförts till Ca(0H)2. Av praktiska skäl hålls temperaturen lämpligt- vis något under 100°C, exempelvis 85°C till 95°C under en tid av mellan 1 och 24 timmar. Även med mald aska erhålls nämligen en optimal värmebehand- lingstid med maximal partikelarea och därefter en långsam minskning.

Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till bifogade ritningar.

Fig 1 visar schematiskt en anläggning för genomförande av förfarandet enligt föreliggande uppfinning Fig 2-8 visar kurvor över hur förfarandet enligt uppfinningen förbättrar i rökgaser befintlig flygaskas förmåga att absorbera i rökgaserna befintlig svaveldioxid.

I figur 1 visas en panncentral 1, vilken är avsedd att eldas med kolpul- ver. De rökgaser som bildas vid denna kolpulverförbränning leds till en förvärmare 2, vilken är anordnad att överföra värme från de varma rök- gaserna till förbränningsluft. Förbrânningsluften matas med hjälp av en fläkt 3 till panncentralen 1 via en kanal 2a.

De varma rökgaserna leds via en kanal 4 till en elektrostatisk stoftav- skiljare 5, i vilken rökgasernas partikelformiga föroreningar, så kallad flygaska avskiljs. Den avskilda flygaskan leds med hjälp av tryckluft via en ledning 6 till en behållare 7, i vilken flygaskan blandas med via en ledning 8 tillfört vatten medelst en omrörare 9. Härigenom suspenderas flygaskan i vattnet och den sålunda bildade vattensuspensionen leds via en ledning 10 till en kvarn 11. I denna kvarn, som företrädesvis är av typen kulkvarn med omrörare, mals således flygaskan i vått tillstånd, varefter den via en ledning 12 leds till en behållare 13.

I denna behållare blandas den nu malda flygaskan medelst en omrörare 14 ed bränd eller släckt kalk, som tillförs till behållaren 13 via en led- ning 15. 10 15 20 25 30 35 s 462 551 Hur mycket kalk som tillförs till behållaren 13 beror på halten kalcium- oxid (CaO) i flygaskan. Om flygaskan har en hög halt av kalciumoxid, ¿ 20 vikt-%, i exemplet 28 vikt-%, kommer den i det följande att benämnas HCFA och om den har en låg halt av kalciumoxid, 5 10 vikt-%, i exemplet ca 4 vikt-%, kommer den i det följande att benämnas LCFA.

I behållaren 13 kommer en del av kalciumoxiden att omvandlas till kalcium- hydroxid. Hur stor denna del blir bestäms, såsom framgår av fig 2 där de principiella relationerna visas, av hur länge och vid vilken temperatur blandningen av ovannämnda vattensuspension och kalken lagras i behållaren.

Blandningens temperatur hålls med hjälp av ett termoelement 16 mellan 65°C och 9s°c, företrädesvis ss°c.

Den i behållaren 13 befintliga flygaskan innehåller även kiseldioxid och i aktuell flygaska av typ HCFA är halten kiseldioxid ca 20 vikt-%, i den av typ LCFA är halten kiseldioxid ca 55 vikt-%. Denna kiseldioxid rea- gerar med i behållaren 13 befintlig kalciumhydroxid och bildar kalcium- silikater på flygaskepartiklarnas yta. Dessa kalcium-silikater har en stor ytarea, vilket resulterar i att med dessa ämnen täckta flygaskepartiklar erhåller en stor ytarea.

Fig 3 och 4 visar hur flygaskepartiklarnas ytarea varierar med lagrings- tiden i behållaren 13, varvid fig 3 visar resultat från användning av flygaska av typ HCFA, medan fig 4 visar resultat från användning av flyg- aska av typ LCFA. Både fig 3 och 4 innehåller en övre och en nedre kurva, varvid de nedre kurvorna, som visar hur omalda flygaskepartiklars ytarea varierar med lagringstiden, har inlagts i figurerna för att visa den gynn- samma effekten av ovannämnda malning. Orsaken till att malda flygaskepar- tiklar erhåller en större ytarea än omalda flygaskepartiklar är bl a att upplösningen av kiselföreningar från flygaska ökar då flygaskans partikel- storlek minskar, eftersom den för upplösning av kiselföreningar tillgäng- liga ytarean därigenom ökar.

Av den övre kurvan i fig 3 framgår vidare att flygaskepartiklarnas ytarea når sitt maxvärde efter ca en timmes lagringstid, vilket beror dels på att ovannämnda reaktion mellan kiselföreningar och kalciumhydroxid påbörjas redan i kvarnen 11 vid användning av flygaska av typ HCFA, dels på att denna flygaska har låg kiseldioxidhalt. Orsaken till att denna reaktion 462 10 15 20 25 30 35 551 6 påbörjas redan i kvarnen är att den i flygaskan befintliga kalciumoxiden släcks under malningen, varvid det värme som härvid frigörs värmer upp vattensuspensionen till en så hög temperatur att ovannämnda reaktion kan äga rum.

Ovannämnda bildning av kalciumsilikater på flygaskepartiklarnas yta påver- kar även, såsom framgår av fig 5 och 6, flygaskepartiklarnas vattenabsorp- tionsförmàga.

Fig 5 visar resultat frän användning av flygaska av typ HCFA, som har lag- rats i behållaren 13 vid 85°C under en timma, medan fig 6 visar resultat från användning av flygaska av typ LCFA, som har lagrats i behållaren 13 vid 85°C under fem timmar. Dessa figurer har, liksom fig 3 och 4, för- setts med extra nedre kurvor, vilka visar hur mängden absorberat vatten varierar med relativa fuktigheten för omalda flygaskepartiklar. Fig 6 har även försetts med en kurva som visar ren kalciumhydroxids vattenabsorp- tionsförmåga. Denna kurva ligger närmast X-axeln i fig 6, vilket innebär att både malda och omalda flygaskepartiklar har högre vattenabsorptions- förmäga än kalciumhydroxid.

Efter en bestämd lagringstid, som varierar mellan 1 och 24 timmar, leds blandningen från behållaren 13 via en ledning 17 till en torkenhet 18 av konventionellt slag, exempelvis spraytork eller mikrovàgstork. I denna torkenhet torkas blandningen pä sådant sätt att de däri suspenderade flyg- askepartiklarna inte agglomerar, utan lämnar torkenheten i form av ett torrt pulver. Härefter leds detta pulver med hjälp av tryckluft via en ledning 19 till en behållare 20.

Efter att rökgaserna har renats från flygaskan i den elektrostatiska stoft- avskiljaren 5 leds de via en kanal Sa till en kontaktreaktor 21, som genom en absorptionsprocess omvandlar i rökgaserna befintliga gasformiga förore- ningar, såsom svaveldioxid, till partiklar. Rökgaserna införs i ett cylin- derformat rum 22, som är anordnat vid kontaktreaktorns mittenparti och av- smalnar nedåt för bildande av en cylinderformad spalt 23.

Denna spalt avgränsas av kontaktreaktorns 21 yttre hölje 24 och inre vägg- partier 25, 26, som mellan sig avgränsar ett inre väsentligen cylinderfor- mat utrymme 27, vid vilkets nedre parti munstycken 28, 29 är så anordnade 10 15 20 25 30 35 7 462 551 att de skjuter in i utrymmet 27. Utrymmets 27 övre parti är avsmalnande och mynnar i ett rörformat element 30, som är centralt placerat i rummet 22 och har stor tvärsnittsarea i förhållande till spalten 23. Det rörfor- made elementet 30 är försett med ett första turbulensbildande organ 31 och ett nedströms detta organ anordnat första medel 32 för tillförsel av på ovan beskrivet sätt bildat pulver till det inre av elementet 30 från be- hållaren 20 via ledningen 33a.

Som framgår av fig 1 mynnar det rörformade elementet 30 i en divergerande del 34, som sträcker sig mellan elementet 30 och kontaktreaktorns 21 yttre hölje 24. Nedströms denna divergerande del 34 finns det en första reak- tionsdel 35, som således avgränsas av kontaktreaktorns yttre hölje 24 och därigenom erhåller maximal tvärsnittsarea. Denna reaktionsdel 35 är för- sedd med ett andra medel 36 för tillförsel av ovannämnda pulver till det inre, övre partiet av reaktionsdelen från behållaren 20 via ledningen 33b.

Nedströms detta andra medel 36 finns det vidare ett andra turbulensbildan- de organ 37, en blandningsdel 38 samt en andra reaktionsdel 39. I Det första och det andra turbulensbildande organet 31 respektive 37 är företrädesvis av den typ som visas och beskrivs i den europeiska patent- ansökan 85850382.4.

Via kanalen 5a inströmmar således rökgaserna i rummet 22 och härifrån leds de efter en viss komprimering genom spalten 23 och passerar härvid vägg- partiernas 25, 26 ytterytor, till vilka de avger en viss del av sin värme- energi. Väggpartierna uppvärms härigenom samtidigt som rökgaserna avkyls.

Då rökgaserna når spaltens 23 nedre parti tvingas de att vända 180° och kommer härigenom att ledas in i utrymet 27 (se fig 1), i vilket munstycke- na 28, 29 insprutar en uppåtriktad dimma av finfördelat vatten. Detta vatten kommer att förångas vid kontakt med de varma rökgaserna, som häri- genom avkyls. Rökgaserna i utrymmet 27, som således tjänstgör som förång- ningszon, erhåller härvid en temperatur som något överstiger daggpunkts- temperaturen.

På grund av att väggpartiernas 25, 26 ytterytor, såsom påpekats ovan, upp- värms av rökgaserna kommer väggpartiernas inre temperatur att överstiga de i utrymmet befintliga rökgasernas daggpunktstemperatur, varigenom utfäll- 462 551 10 15 20 25 30 35 8 ning av svavelsyra på väggpartiernas innerytor förhindras.

Efter att rökgaserna har passerat genom utrymmet 27 leds de in i det rör- formade elementet 30, i vilket det bildas virvlar i rökgaserna medelst det turbulensbildande organet 31 samtidigt som ovannämnda torra pulver till- förs medelst det första medlet 32. Detta medför att en effektiv blandning av rökgaserna och pulvret erhålls i den efterföljande divergerande delen 34. Härigenom underlättas reaktionen i reaktionsdelen 35 mellan pulvret och rökgasernas försurande gaser, särskilt svaveldioxid, som genom en ab- sorptionsprocess binds kemiskt till flygaskepartiklarna. Detta innebär att rökgasernas försurande gaser binds till partiklar, som sedan kan av- skiljas ur rökgaserna i ett efterföljande slangfilter 41.

Härefter leds rökgaserna vidare upp genom kontaktreaktorn 21, varvid det andra medlet 36, det andra turbulensbildande organet 37, blandningsdelen 38 och den andra reaktionsdelen 39 åstadkommer att den ovan beskrivna reaktionen mellan tillförda pulvrets flygaskepartiklar och rökgasernas försurande gaser upprepas. Härigenom kommer en bättre avskiljning av de försurande gaserna att erhållas.

Av fig 7 och 8 framgår att den mängd svaveldioxid som avlägsnas ur rök- gaserna påverkas av vilken typ av flygaska som används. Fig 7 visar resul- tat från användning av flygaska av typ HCFA, medan fig 8 visar resultat från användning av flygaska av typ LCFA. De övre kurvorna i bägge figurer- na visar resultat från användning av våtmalda flygaskepartiklar, medan de nedre kurvorna visar resultat från användning av omalda flygaskepartiklar, i beroende av hur lång tid flygaskepartiklarna har lagrats i behållaren 13.

Som framgår av dessa figurer erhålls en högre avskiljning av svaveldioxid vid användning av malda flygaskepartiklar än vid användning av omalda par- tiklar.

De nu från gasformiga föroreningar delvis renade rökgaserna leds via en kanal 40 till slangfiltret 41, i vilket genom ovannämnda absorptionspro- cess bildade reaktionsprodukter avskiljs från rökgaserna tillsammans med icke reagerad sorbent, d v s de på ovan beskrivet sätt behandlade flygaske- partiklarna. f» 10 15 20 462 551 9 En del av den svaveldioxid som inte absorberas av flygaskepartiklarna i kontaktreaktorn reagerar med dessa i den filterkaka som byggs upp pá slang- filtrets utsida. Dä malda flygaskepartiklar har högre vattenabsorptions- förmåga än släckt kalk (se fig 6) kommer avskiljningen av svaveldioxid i slangfiltret att vara större vid användning av malda flygaskepartiklar än vid användning av släckt kalk. ~ Fràn slangfiltret leds rökgaserna via en kanal 42 till en rökgasfläkt 43, som via en kanal 44 matar de renade rökgaserna till en skorsten 45 för ut- släpp i atmosfären.

Det inses att uppfinningen inte är begränsad till det visade och beskrivna utföringsexemplet, utan kan modifieras på olika sätt inom ramen för efter- följande patentkrav.

Exempelvis kan kontaktreaktorn 21, som arbetar enligt den sä kallade hel- torra metoden, utbytas mot en kontaktreaktor, som arbetar enligt den sä kallade våt-torra metoden, varvid den i behållaren 13 innehállna bland- ningen i sä fall leds direkt till kontaktreaktorn utan att passera någon torkenhet. Exempel på anläggning lämplig enligt denna variant ges i SE 8501851-3.

Anordningar beskrivna i EP-86850134-7 och SE-8500612-0 är andra exempel som med fördel kan modifieras för utnyttjande av föreliggande uppfinning.

Claims (7)

462 551 10 15 20 25 30 35 10 P A T E N T K R A V

1. Förfarande vid rening av vid förbränning av kol, företrädesvis i pul- verform, bildade gaser, varvid rökgaserna i ett första steg renas frán partikelformiga föroreningar, s k flygaska, och i ett senare steg renas från gasformiga, försurande föroreningar genom att rökgaserna blandas med en sorbent i form av ett torrt pulver eller fina vätskedroppar, varefter härvid bildade reaktionsprodukter tillsammans med icke reagerad sorbent som ett torrt pulver avskiljs från rökgaserna, k ä n n e t e c k n a t av att flygaskan tillförs vatten och mals i vatt tillstànd för att i flygaskan befintlig Ca0 och Si02 skall omvandlas till Ca(0H)2 och kalcium- silikater, att flygaskan blandas med bränd eller släckt kalk och/eller kiseldioxid före eller efter malningen och att pâ detta sätt behandlat material används som sorbent i det senare reningssteget.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att mal- ningen sker i kulkvarn med omrörare.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att det behandlade materialet lagras i varmt vatten innan det används som sorbent.

4. Förfarande enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a t av att lag- ringen sker vid en temperatur överstigande 50°C, företrädesvis vid en tem- peratur menan es och 9s°c.

5. Förfarande enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a t av att lag- ringen sker under en tid av mellan 1 och 24 timmar.

6. Förfarande enligt krav 1 och 3, k ä n n e t e c k n a t av att flyg- askan mals i vattensuspension, att den malda askan blandas med släckt kalk och att den erhällna blandningen lagras vid en temperatur överstigande 65°C under 1 till 24 timmar.

7. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att en andel av den i det senare steget använda och avskilda sorbenten recirkuleras för förnyad användning tillsammans med icke tidigare använd sorbent.