SE504755C2 - Förfarande och anordning för avskiljning av gasformiga föroreningar, såsom svaveldioxid och väteklorid, från vid förbränning i fluidiserad bädd bildade rökgaser - Google Patents

Description

504 755 10 15 20 25 30 35 delen utgöres av svaveldioxid kommer de i det följande att benämnas svaveldioxid.

Tillsatsen sker härvid i eldstaden eller i ett speciellt anpassat rökgasreningssystem.

Med FBC och PFBC avses här förbrärmingspannor av typ atmosfarisk respektive trycksatt fluidiserad bädd.

Om kol används som bränsle i FBC- och PFBC-anläggningar tillsättes vanligen kalk- sten (CaCO3) i form av ett finmalet eller något grövre pulver vid sidan av kolet redan i eldstaden för att binda de vid förbränning av kolet bildade föroreningarna, särskilt svaveldioxid, och därigenom också förhindra eller minska utsläppet av dessa föroren- ingar. Med normalt lufiöverskott, vilket motsvarar en förhöjd syrehalt på 4-8 %, binds svavel på detta sätt som sulfat enligt reaktionen: caco, +so, »få-o, _» caso, +co, Denna reaktion ger upp till ca 90 % inbindning av svavel i temperaturintervallet 700- 900°C, som är förekommande vid fluidbäddförbränning. Kalkstensdosering i eldstaden kräver emellertid relativt stort överskott av kalksten och beroende på förbrännings- temperatur, kolets svavelinnehåll, önskad svavelreningsgrad m m krävs ett kalkstens- överskott på 50 till 200%, dvs ett Ca/S-förhållande på 1,5 till 3. Överskottet av kalksten kalcineras i eldstaden enligt reaktionen: CaCOs -> CaO + C02 När det gäller kolets klorinnehåll, som enligt ovanstående är betydligt mindre än svavlets, ger terrnodynarniken mycket sämre förutsättningar för bindning av kloret i form av kalciumklorid i eldstaden, eftersom den bildade kalciumkloriden vid rådande eldstadstemperaturer (700-900°C) ej är stabil utan sönderdelas under närvaro av vattenånga enligt: cac12(s) + H20 (g) -> Cao (s) + zHc1 (g) Även om inbindning av svavel i eldstaden härigenom kan göras effektiv för att uppfylla de ernissionskrav som gäller för svaveldioxid ernitteras, trots högt kalkstensöverskott, huvuddelen av det klor som finns i kolet. Vanligtvis ligger klorinnehållet i kol inom ett intervall av 0,05 till 0,2 vikts-%, motsvarande ett utsläpp på 50 till 200 mg HCl/Nm3 10 15 20 25 30 35 504 755 rökgas, vilket ofia är högre än gällande ernissionsnorrner. I Tyskland gäller exempelvis ett HCl-krav på maximalt 100 mg HCl/Nm3 rökgas för anläggningar större än 300 MW termisk effekt.

För att lösa detta miljöproblem har olika förfaranden föreslagits för avskiljning av väteklorid förutom svaveldioxid ur rökgaser.

I exempelvis DE 35 36 899 beskrivs ett sätt att först avskjlja svaveldioxid och sedan väteklorid från de rökgaser, som bildas vid kolförbränning i atmosfärisk eller trycksatt fluidiserad bädd (Wirbelschichtfeuerung). Härvid avskiljes först svaveldioxid genom tillsättning av ett additiv, såsom kalksten, i en reaktionskanal placerad nedströms en första stofiavskiljare. Väteklorid avskiljes därefier genom tillsättning av även här ex- empelvis färsk kalksten, där rökgasema passerar genom ett värrneåtervinningssteg, i vilket additivet reagerar med vätekloriden. De bildade reaktionsproduktema och det oreagerade additivet avskiljes sedan i en efterföljande stoftavskiljare. Reaktionen sker här företrädesvis i temperaturintervallet 400-500°C. Vid temperaturer under 700°C kalcineras emellertid inte kalkstenen, vilket måste kompenseras genom ett relativt stort överskott av kalksten. Om däremot kalciumhydroxid (Ca(OH)2) används som absorb- ent blir effekten bättre, men kostnaden betydligt högre. Tillsatsen av färsk kalkabsorb- ent gör således att reningsprocessen blir dyr i drifi.

REDOGÖRELSE FÖR FÖRELIGGANDE UPPFINNING TEKNISKT PROBLEM Det är således ett problem att åstadkomma en tillfredsställande bindning av klor till askan i eldstaden vid kolförbränning i atmosfärisk eller trycksatt fluidiserad bädd.

Trots att kalksten tillsättes i stort överskott till bädden, emitteras huvuddelen av det klor som finns i kolet, eñersom bildad kalciumklorid ej är stabil utan sönderdelas under närvaro av vattenånga i förekommande temperaturintervall 700-900°C, varvid vätekloridgas bildas.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma ett enkelt och billigt förfarande för effektiv avskiljning av gasformiga föroreningar, företrädesvis väteklorid, utan tillsättning av dyr, färsk absorbent, såsom kalciumhydroxid eller 504 755 l0 15 20 25 30 35 4 kalksten, utöver den absorbent som tillsättes till eldstaden för bindning av svavel- dioxid.

Ett annat ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en för genom- förande av det ovan nämnda förfarandet enkel och lämplig anordning.

LÖSNINGEN Enligt föreliggande uppfinning löses ovan nämnda problem med att åstadkomma en tillfredsställande avskiljning av gasformiga föroreningar, såsom svaveldioxid och väteklorid, fiån vid förbränning av fossila bränslen, såsom kol, i atmosfärisk eller trycksatt fluidiserad bädd i temperaturintervallet 700-900°C bildade rökgaser, genom att i överskott tillsätta en absorbent innehållande bränd kalk och/eller ämnen som i detta temperaturintervall omvandlas till bränd kalk till bädden för reaktion med och omvandling av dessa gasformiga föroreningar i forrn av svaveldioxid till avskiljbara, partikelforrniga föroreningar, varvid med rökgasema från bädden medbringade partik- lar avskiljes från rökgasema och därefter återföres till bädden, och som kännetecknas av att en delmängd av de från rökgasema avskilda partiklama innehållande bränd kalk ej återföres till bädden utan tillföres till rökgasema i temperaturintervallet 90-200°C, företrädesvis 120- 1 50°C, för reaktion med i rökgasema resterande gasformiga för- oreningar i form av väteklorid för omvandling av dessa till partikelforrniga föroren- ingar, varefier de bildade partiklama avskiljes.

Den grundläggande tanken enligt uppfinningen är således att utnyttja den finkorniga aska som följer med förbränningsgasema från eldstaden. Den delmängd av den fin- korniga askan som härvid uttages utgör företrädesvis minst 1% av de nänmda avskilda partiklama och innehåller företrädesvis 2-30 vikts-% bränd kalk, beroende på kalk- stensdosering, kolets askhalt och sammansättning etc. De i ovan nämnda delmängd ingående partiklama tillföres rökgasema i finfördelad pulverform med en partikel- storlek företrädesvis i intervallet 0-70 um och utgör en stofibelastning företrädesvis i intervallet O,5-10g/Nm3 rökgas.

För att ytterligare förbättra avskiljningen av väteklorid är det enligt en särskild utför- ingsform av uppfinningen möjligt att hydratisera det kalkhaltiga stoftet, för omvand- ling av bränd kalk till kalciumhydroxid (släckt kalk), vilket särskilt vid låg relativ fiikt- 15 20 25 30 35 504 755 5 ighet i rökgasema väsentligt förbättrar HCl-avskiljningen. Vid befuktningen sker reak- tionen: CaO + H20 -> Ca(OH)2 Vid denna släckningsreaktion sönderdelas den brända kalken, vilket är speciellt viktigt när stoñet är relativt grovt, som är fallet vid användning av cyklonstoft. Den stofi- produkt som på detta sätt bildas innehåller efter hydratisering en vattenhalt på 5-20 vikts-%. Det är väsentligt att vattenhalten inte blir alltför hög, utan att stoflprodukten bibehåller sin pulverkaraktär.

Föreliggande uppfinning anvisar även en anordning, som är lämplig vid genomförandet av ovan angivna forfarande, innefattande en första stoñavskiljare, i vilken de från bäd- den medbringade partiklarna avskiljes från rökgasema och därefter återföres till bäd- den, och som kännetecknas av att en delmängd av de från rökgasema avskilda partik- larna innehållande bränd kalk ej återföres till bädden utan tillföres till en kontaktreakt- or, i vilken de blandas med rökgasema i temperaturintervallet 90-200°C, företrädesvis 120-150°C, för reaktion med i rökgasema resterande gasformiga föroreningar i form av väteklorid, varefler de bildade partikelforrniga föroreningama avskiljes i den första stofiavskiljaren och/eller i en andra stoftavskiljare.

När de i nämnda delmängd ingående partiklama tillföres i finfördelad pulverform till kontaktreaktorn, som företrädesvis är placerad uppströms den första stofiavskiljaren, eller nedströms den första och uppströms den andra stoñavskiljaren, kommer en stor del av den i rökgasema befintliga vätekloridgasen att reagera med den i paitikelmäng- den ingående brända kalken och bilda partikelforrniga, avskiljbara föroreningar i form av kalciumklorid. Kontaktreaktom åstadkommer härvid en jämn fördelning av den till- satta kalkhaltiga stoftprodukten i rökgaskanalen uppströms stoñavskiljaren. Denna ökar också kontakttid och reaktionsmöjligheter mellan det kalkhaltiga stofiet och vätekloriden och möjliggör på så sätt en effektiv bindning av vätekloriden. Kontakt- reaktom och den efterföljande stoftavskiljaren arbetar enligt föreliggande uppfinning i temperaturintervallet 90 till 200°C.

En första stofiavskiljare utgöres företrädesvis av en eller flera efter varandra anord- nade cykloner, medan en andra stofiavskiljare företrädesvis utgöres av ett slangfilter eller en elektrostatisk stoflavskiljare. 504 755 10 15 20 25 30 35 De till kontaktreaktom tillförda kalkhaltiga partiklama, som tillfores till rökgasema i kontaktreaktom i dispergerad pulverform, hydratiseras företrädesvis i kontaktreaktom och/elleri en separat befuktningsenhet.

BESKRIVNING AV FÖRESLAGEN UTFÖRINGSFORM Uppfinningen skall nu beskrivas närmare i det följande med hänvisning till bifogad ritning, vilken schematiskt visar en anläggning för avskiljning av såväl gasformiga för- oreningar, såsom väteklorid och svaveldioxid, som partikelforrniga föroreningar ur rökgaser från förbränning av kol i en förbränningspanna av typ atmosfärisk eller tryck- satt fluidiserad bädd.

I en förbränningspanna 1 tillsättes kol 2 vid sidan av kalksten 3 till den fluidiserade bädden, för att binda de vid förbränning av kolet bildade föroreningama, framförallt svaveldioxid, varvid en ca 90%-ig avskiljning i form av fasta stabila föreningar, såsom kalicumsulfat, åstadkommes. De vid kolförbränningen bildade försurande gasformiga föroreningama, såsom väteklorid och resterande svaveldioxid, samt från bädden med- bringade partiklar leds, via en kanal 4, in i en till forbränningskammaren ansluten för- sta stofiavskiljare 5, som i den visade utföringsfomien består av en cyklon, i vilken de med rökgasema medbringade partiklama från förbränningen avskiljes i ett första steg.

Rökgasema tvingas här till en roterande rörelse, varvid åtminstone de större partik- larna genom inverkan av centrifiigalkraften kolliderar med väggama och faller ner mot cyklonspetsen. Rökgasema går sedan vidare fiån cyklonen och leds via en kanal 6 genom ett energiåtervinningssteg 7, i form av en värmeväxlare under det att de avkyles och förs in i en kontaktreaktor, som i den visade utföringsformen utgöres av en lång- sträckt rörreaktor 8. En delmängd av dei cyklonen avskilda partiklama, som huvud- sakligen utgöres av bränd kalk såsom absorbent, flygaska samt vid förbränningen bildad kalciumsulfat tillföres till rörreaktom 8 i finfördelad pulverform och blandas med rökgasema i denna, varvid de kalkhaltiga partiklama reagerar med och omvandlar de gasformiga föroreningama till partikelforrniga, avskiljbara föroreningar. De vid reaktionen bildade partikelforrniga föroreningama, de oreagerade absorbentpartiklama samt rökgasemas resterande flygaska avskiljes häreñer i ett nedströms rörreaktom 8 placerat slangfilter 9. 10 15 20 25 30 35 504 755 7 De nu från partikel- och gasformiga föroreningar renade rökgasema leds via en kanal 10 till en rökgasfläkt 11. Denna matar via en kanal 12 de renade rökgasema till en skorsten 13 for utsläpp i atmosfären.

De partiklar som avskiljes i stoftavskiljaren 9 uppsamlas i dennas botten utformade stofifickor 14 och 15. Dessa partiklar förs via en ledning, såsom antyds med pilen 16, till en i figuren icke visad lagringssilo.

En delmängd av det i cyklonen 5 ansamlade, avskilda partikelforrniga stoftet inne- hållande bränd kalk uttages för att användas for avskiljning av de i rökgasema rest- erande gasformiga fororeningama, i forsta hand väteklorid. Återstoden av cyklon- stoftet återfores till den fluidiserade bädden via en sluss 17 och en ledning, såsom an- tyds med pilen 18. Den uttagna delmängden kalkhaltigt stofi leds nu med hjälp av en transportanordning, såsom antyds med pilen 19, till en befuktningsenhet 20, i vilken den brända kalken i stoñet hydratiseras, varvid finkomig, pulverforrnig släckt kalk (kalciumhydroxid) bildas. Det befuktade kalkhaltiga stoftet fors sedan vidare i en led- ning, såsom antyds med pilen 21 till rörreaktom 8, i vilken detta stoñ dispergeras i rökgasema med hjälp av trycksatt lufi och därigenom effektivt blandas med rökgas- ema från den uppströms placerade värmeväxlaren 7. Rörreaktom 8 åstadkommer en jämn fordelning av de tillforda absorbentpartiklarna, vilket medfor en ökad kontakttid och reaktionsmöjlighet mellan dessa partiklar, dvs det befiiktade stoñet innehållande bränd kalk, och de i rökgasema förekommande gasformiga fororeningama, företrädes- vis vätekloriden. Absorption och reaktion av de i rökgasema innehållande gasformiga fororeningarna och det kalkhaltiga stoñet sker huvudsakligen i rörreaktorn 8, men fortsätter i viss utsträckning i en under drift på filterslangamas utsida bildad stoftkaka, som rökgasema måste passera vid sin passage genom slangfiltret 9. Rörreaktom 8 och det efierfoljande slangfiltret 9 arbetar i temperaturintervallet 90-200°C.

SAMMANFATTNING Uppfinningen är givetvis inte begränsad till den ovan beskrivna utforingsfonnen, utan kan modifieras på olika sätt inom ramen for efierfolj ande patentkrav.

Exempelvis kan en delmängd av dei den andra stoflavskiljaren 9 avskilda partiklama tillföras till kontaktreaktorn 8, företrädesvis efter hydratisering, eventuellt i kombina- tion med en delmängd av de partiklar som avskiljes i den forsta stoñavskiljaren 5, 504 755 10 15 20 25 30 35 istället för att enbart använda en delmängd av de partiklar som avskiljes i den första stofiavskiljaren 5.

Exempelvis kan kontaktreaktorn 8 vara placerad uppströms den första stofiavskiljaren 5, i vilket fall det är tillräckligt med en första stoftavskiljare, istället för nedströms den första 5 och uppströms den andra stofiavskiljaren 9.

Exempelvis kan den första stoftavskiljaren 5 utgöras av en eller flera efter varandra anordnade cykloner, istället för en enda cyklon.

Exempelvis kan den andra stofiavskiljaren 9 utgöras av en elektrostatisk stoftavskilj- are, istället för ett slangfilter. Enligt föreliggande uppfinning är ett slangfilter att fore- dra, efiersom det ofiast ger lägre emissioner än en elektrostatisk stofiavskiljare på grund av att absorptionen och reaktionen mellan de gasformiga föroreningama och det kalkhaltiga stoftet kan fortsätta under passagen av den stoftkaka som bildas under drifi på filterslangamas utsida.

Exempelvis kan dei den avskilda delmängden ingående kalkhaltiga partiklama hydrat- iseras i kontaktreaktorn 8, istället för i en separat befuktningsenhet 20.

Exempelvis kan delmängden av de avskilda partiklarna tillföras till rökgasema direkt i inloppet till den andra stofiavskiljaren 9, varvid stofiavskiljaren 9 då tjänstgör som enda kontaktreaktor, istället för att tillföra dessa partiklar till rörreaktom 8.

Exempelvis kan energiåtervinningssteget 7 utgöras av en ång- eller hetvattenparma. I detta steg kan också kalkhaltigt stofi uttagas och användas för att i första hand av- skilja rökgasemas väteklorid på samma sätt som cyklonstoñet som beskrivits ovan i den föreslagna utföringsforrnen.

EXEMPEL Vid en förbränningsanläggning på ca 60 MW bränsleeñekt av typ trycksatt fluidiserad bädd eldades kol med tillsats av kalksteni 100% överskott, dvs med ett Ca/S-förhåll- ande på 2. Kolet hade ett svavel- och klorinnehåll på ca 1 respektive 0,12 vikts-%.

Rökgasmängden var ca 100 OOO Nm3/h och den första stoftavskiljaren i denna anlägg- ning utgjordes av en cyklon. Vid en fullständig analys av materialsammansättriingen 10 15 504 755 9 konstaterades följande, i vikts-% angivna, andelar i bäddaskan och cyklonstoñet: bäddaskan bestod huvudsakligen av 2l,5% oreagerad kalksten, l5,0% bränd kalk och 16,2% kalciumsulfat, medan cyklonaskan innehöll 14,0% bränd kalk, 20,8% kalcium- sulfat, ej analyserbara andelar kalksten, samt totalt ca 65% aska (SiOz, Al203 etc) med vissa andelar oförbränt material. Rökgasema innehöll efter cyklonen och energi- återvinningssteget fortfarande ca 180 mg SO2/Nm3 rökgas och 120 mg HCl/Nm3 rök- gas (ca 12 kg HCl/h).

I försöket uttogs ca 20% av cyklonstofimängden, som totalt var ca 500 kg/h, och till- fördes i inloppet till den andra stofiavskilj aren, som utgjordes av ett slangfilter. Den extra stoftbelastningen p g a denna tillsats blev således 100 kg/h på ca 100 000 Nm3/h rökgas eller motsvarande 1g/Nm3 rökgas. Detta stoñ innehöll härvid 14% bränd kalk, vilket motsvarar 14 kg CaO/h. Vid en temperatur av 120°C i rökgasema och i slang- filtret erhölls på detta sätt en betydande sänkning av HCl-ernissionen med ca 70% till 36 mg HCl/Nm3 rökgas, medan SOz-emissionen ej märkbart förändrades. I ett annat försök uttogs ca 30% av det avskilda cyklonstoftet och hydratiserades i en stofibefukt- are med ca 15 kg vatten/h. När detta hydratiserade stoft tillsattes rökgasema erhölls en sänkning på ca 90% av HCl-ernissionen till 12 mg/Nm3 rökgas. SOz-emissionen redu- cerades i detta försök med ca 20% ner till ca 140 mg/Nm3 rökgas.

Claims (11)

504 755 10 15 20 30 10 PATENTKRAV

1. Förfarande för avskiljning av gasformiga föroreningar, såsom svaveldioxid och väteklörid, från vid förbränning av fossila bränslen, såsom kol, i atmosfarisk eller trycksatt fluidiserad bädd i temperaturintervallet 700-900°C bildade rökgaser, varvid en absorbent innehållande bränd kalk och/eller ämnen som i detta temperaturintervall omvandlas till bränd kalk tillsättes i överskott till bädden för reaktion med och om- vandling av dessa gasformiga föroreningar i form av svaveldioxid till avskiljbara, part- ikelforrniga föroreningar, varvid med rökgasema från bädden medbringade partiklar avskiljes från rökgasema, varefier de återföres till bädden, k ä n n e t e c k n at a v att en delmängd av de från rökgasema avskilda partiklarna innehållande bränd kalk ej återföres till bädden utan tillföres till rökgasema i temperaturintervallet 90-200 °C, företrädesvis 120-l50°C, för reaktion med i rökgasema resterande gasformiga för- oreningar i form av väteklorid för omvandling av dessa till partikelforrniga föroren- ingar, varefter de bildade partiklama avskiljes.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n et e c k n at a v att nämnda delmängd utgör minst 1% av de nämnda avskilda partiklama och innehåller 2-30 vikts-% bränd kalk.

3. Förfarande enligt krav 1-2, k ä n n e t e c k n a t a v de i nämnda delmängd ingå- ende partiklarna tillföres rökgasema i finfördelad pulverform med en partikelstorlek i intervallet 0-70 um och med en stoñbelastning av O,5-l0g/Nm3 rökgas.

4. Förfarande enligt krav 1-3, k ä n n e t e c k n a t a v att de i nämnda delmängd ingående partiklarna hydratiseras innan de tillföres rökgasema.

5. Anordning för genomförande av förfarandet enligt krav l att avskilja gasformiga föroreningar, såsom svaveldioxid och väteklorid, från vid förbränning av fossila bräns- len, såsom kol, i atmosfärisk eller trycksatt fluidiserad bädd (1) i temperaturintervallet 700-900°C bildade rökgaser, varvid en absorbent innehållande bränd kalk och/eller ämnen som i detta temperaturintervall omvandlas till bränd kalk tillsättes till bädden for reaktion med och omvandling av dessa föroreningar i form av svaveldioxid till avskiljbara, partikelforrniga föroreningar, innefattande en första stofiavskiljare (5), i vilken de fiån bädden medbringade partiklarna avskilj es från rökgasema och därefter återföres till bädden (1), k ä n n e t e c k n a d a v att en delmängd av de från rök- gasema avskilda partiklama innehållande bränd kalk ej återföres till bädden (1) utan 10 15 20 504 755 ll tillfores till en kontaktreaktor (8), i vilken de blandas med rökgasema i temperatur- intervallet 90-200°C, företrädesvis 120-150°C, for reaktion med i rökgasema rest- erande gasformiga föroreningar i form av väteklorid, varefter de bildade partikel- formiga fororeningama avskiljes i den forsta stoftavskiljaren (5) och/eller i en andra stofiavskiljare (9).

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d a v att kontaktreaktom (8) är plac- erad uppströms den forsta stoftavskiljaren (5).

7. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d a v att kontaktreaktom (8) är plac- erad nedströms den forsta (5) och uppströms den andra stoftavskiljaren (9).

8. Anordning enligt krav 5-7, k ä n n e t e c k n a d a v att den forsta stoñavskiljaren (5) utgöres av en eller flera efier varandra anordnade cykloner.

9. Anordning enligt krav 5-8, k ä n n e t e c k n a d a v att den andra stofiavskiljaren (9) utgöres av ett slangfilter.

10. Anordning enligt krav 5-8, k ä n n et e c k n a d a v att den andra stoñavskiljaren (9) utgöres av en elektrostatisk stoftavskiljare.

11. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att de i nämnda delmängd till kontaktreaktom (8) tillforda kalkhaltiga partiklama hydratiseras i kontaktreaktom och/eller i en separat befuktningsenhet (20).