SE513692C2

SE513692C2 - Procedure for reducing NOx emissions in the flue gases from a boiler

Info

Publication number: SE513692C2
Application number: SE9903035A
Authority: SE
Inventors: Kauko Janka; Jussi Maentyniemi
Original assignee: Kvaerner Pulping Oy
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2000-10-23
Also published as: SE9903035D0; SE9903035L; FI981899A0; FI105703B; FI981899A

Abstract

A method for lowering of NOx emission in the smoke gases from a soda pan, by use of the strong sulphur-containing gases in the process in the furnace of a soda boiler of a pulp factory. In the method, the malodorous gases are divided into strong malodorous gases which contain a lot of ammonia or small quantities of ammonia, which are fed in at various points of the furnace.

Description

15 20 25 30 35 513 692 2 gen direkt till sodapannan till dess övre del eller till en separat brännare, så att de brinner med en klart understökiometrisk luftfaktor. 15 20 25 30 35 513 692 2 gen directly to the recovery boiler to its upper part or to a separate burner, so that they burn with a clear understochiometric air factor.

Fördelen med uppﬁnningen är att man utan komplicerade anord- ningar endast genom att välja källan för luktgaserna kan mata in luktgaser, som innehåller lämpligt med ammoniak och andra kolvätederivat, till två eller till och med till ﬂera olika ställen så, att de med hänsyn till bildningen av kvä- veoxider matas till möjligast lämpliga ställe i eldhärden. Samtidigt slipper man även ammoniak- och svavelutsläpp, eftersom ammoniak till följd av reaktio- nerna sönderfaller och svavel binds dammliknande i en form som kan tillvara- tas.The advantage of the invention is that without complicated devices it is only by selecting the source of the odor gases that odor gases containing suitable ammonia and other hydrocarbon derivatives can be fed to two or even to different places so that, with regard to the formation, of nitrogen oxides are fed to the most suitable place in the hearth. At the same time, ammonia and sulfur emissions are also avoided, as ammonia decomposes as a result of the reactions and sulfur is bound dust-like in a form that can be recovered.

Uppﬁnningen redogörs för närmare i bifogade ritningar, i vilka ﬁg. 1 schematiskt illustrerar cellulosafabrikens processchema och ﬁg. 2 schematiskt illustrerar matning av luktgaser till en sodapanna på ett sätt enligt uppﬁnningen. l ﬁg. 1 illustreras cellulosafabrikens process schematiskt vilken i sig är allmänt känd för en fackman inom branschen.The invention is described in more detail in the accompanying drawings, in which ﬁ g. 1 schematically illustrates the process diagram of the cellulose factory and ﬁ g. 2 schematically illustrates the supply of odor gases to a recovery boiler in a manner according to the invention. l ﬁ g. 1, the process of the cellulose factory is schematically illustrated, which in itself is generally known to a person skilled in the art.

Veden förs till ett kokeri 1, varifrån cellulosan leds till ett tvätteri 2 och därefter avlägsnas från processen. Från tvätteriet 2 leds svag svartlut till en indunstningsanläggning 3 och därifrån vidare till ytterligare koncentrering 4. lndunstningsanläggningen 3 harﬂera indunstningsskeden, som kan vara både iföljd och samtidiga. Svartlut strömmar genom olika indunstningsskeden, var- vid vattenånga och luktgaser lämnar den. Till lndunstningsanläggningen 3 hänför sig även s.k. strippning, varvid orenheter avskiljs från det smutsiga kondensatet i en s.k. stripper 3a. Från dessa erhållna strippergaser avskiljs vi- dare metanol separat i en metanolkondensor 3b, varvid de gaser som inte kondenserats i den leds vidare som starka luktgaser. Den metanol som erhålls vid kondensation av metanol 3b är vanligen mycket ammoniakhaltig, varvid metanol lämpar sig synnerligen väl att användas som stöd- eller tilläggs- bränsle i brännaren i den nedre delen av sodapannan. I ﬁguren illustreras schematiskt hur luktgaser, som innehåller rikligt med ammoniak, via kanaler 8 leds till en uppsamlingsbehållare 9 och därifrån vidare längs en kanal 10 till sodapannan 5 på det i ﬁg. 2 illustrerade sättet för att matas till dess eldhärd.The wood is taken to a coker 1, from where the cellulose is led to a laundry 2 and then removed from the process. From the laundry 2 weak black liquor is led to an evaporation plant 3 and from there on to further concentration 4. The evaporation plant 3 has ﬂ your evaporation stages, which can be both sequential and simultaneous. Black liquor flows through various evaporation stages, leaving water vapor and odor gases. The evaporation plant 3 also refers to so-called stripping, whereby impurities are separated from the dirty condensate in a so-called stripper 3a. From these stripper gases obtained, methanol is further separated separately in a methanol condenser 3b, whereby the gases which have not been condensed in it are passed on as strong odor gases. The methanol obtained by condensation of methanol 3b is usually very ammonia-containing, methanol being particularly well suited to be used as a support or additional fuel in the burner in the lower part of the recovery boiler. The schem gure schematically illustrates how odor gases, which contain abundant ammonia, are led via channels 8 to a collecting container 9 and from there further along a channel 10 to the recovery boiler 5 on it in ﬁ g. 2 illustrated the method of feeding to its hearth.

De vid ytterligare koncentrering uppkomna starka luktgaserna, som innehåller små mängder ammoniak, leds längs en kanal 11 till sodapannan 5 till dess öv- re del för att inmatas på det enligt ﬁg. 2 illustrerade sättet. Olika indunstnings- anläggningars samt stripperns och kondensatorns funktion och struktur är all- 10 15 20 25 30 35 515 692 3 mänt kända och självklara för en fackman inom branschen och redogörs inte noggrannare för här.The strong odorous gases formed during further concentration, which contain small amounts of ammonia, are led along a channel 11 to the recovery boiler 5 to its upper part to be fed to it according to ﬁ g. 2 illustrated the way. The function and structure of various evaporation plants as well as the stripper and condenser are generally known and obvious to a person skilled in the art and are not described in more detail here.

Vid en eventuell ytterligare koncentrerlng 4 indunstas ytterligare vatten från svartluten, varvid även luktgaser lämnar den. Därefter leds svart- luten till sodapannan 5, var den bränns för att ta tillvara kemikalierna. Den i sodapannan uppstådda saltsmältan löses i vatten i en lösarcistern 6 och den sålunda uppstådda grönluten leds till en kausticeringsanläggning 7, där man bildar vitlut av den och vitlutengleds till kokeriet 1 som kokvätska. Vid cellulo- saprocessens olika skeden uppstår luktgaser med olika ammoniak- och sva- velhalt, varvid en del av de s.k_._ starka luktgaserna, med andra ord de som in- nehåller rikligt med svavelföreningar, innehåller rikligt med ammoniak och på motsvarande sätt en del innehåller små mängder ammoniak. l metoden enligt uppﬁnningen för att minska NOX-utsläppen leds dessa under olika skeden uppstående luktgaserna till sodapannans eldhärd så, att de ammoniakhaltiga gaserna som härrör till exempel från kokeriet eller indunstningsanläggningen leds till sodapannans 5 nedreidiel nedanför lutinmatningspunkten, varvid för- bränningsförhållandet i eldhaïrlhär understökiometriskt. Typiskt leds luktga- serna till eldhärden via enuâßbarat brännare, vilken lösning är illustrerad i ﬁg. 2. Därvid leds förbränningsluft separat till brännaren så, att luftfaktorn är näs- tan stökiometrisk, i praktiken minst 0,7. På motsvarande sätt matas de luktga- ser med låg ammoniakha|t1ill sodapannans övre del ovanför lutinmatnings- punkten antingen som sådana eller via en separat brännare så, att luftförhål- landet är högst 0,5 i brännarens förbränningszon. På detta sätt kan man mins- ka eller förhindra bildningen av kväveoxider samt upplösa bildade kväveoxider tillbaka till en molekylär form av kväve. Samtidigt undgår man en extra be- handling av de ammonjaiailtiga luktgaserna, vilket annars skulle vara nöd- vändigt för att förhindra ammoniakutsläpp. Valet av inmatningspunkt för lukt- gaserna är endast beroend_e_ga_*v_det, om de innehåller stora eller små mängder ammoniak. l en typiskt normal process i cellulosafabriken innehåller de luktga- ser, som avskiljs vid ytterligare koncentrerlng, typiskt 1000 ppm ammoniak, vilket innebär luktgaser med, låg ammoniakhalt, och de starka luktgaser, som avskilts till exempel i kokeriet, indunstningsanläggningen osv., innehåller ty- piskt cirka 10000 ppm ammoniak, vilket innebär luktgaser med hög ammoni- akhalt. 5000 ppm ammoniak kan betraktas som gräns mellan luktgaser med hög respektive låg ammoniakhalt.At a possible further concentration 4, additional water is evaporated from the black liquor, whereby also odor gases leave it. The black liquor is then led to the recovery boiler 5, where it is burned to recover the chemicals. The salt melt formed in the recovery boiler is dissolved in water in a solvent cistern 6 and the green liquor thus formed is led to a causticizing plant 7, where white liquor is formed from it and white liquor is passed to the digester 1 as boiling liquid. At the various stages of the cellulose process, odor gases with different ammonia and sulfur contents are formed, whereby some of the so-called strong odor gases, in other words those which contain abundant sulfur compounds, contain abundant ammonia and correspondingly some contain small amounts of ammonia. In the method according to the invention for reducing NOX emissions, these odorous gases arising at different stages are led to the fire hearth of the recovery boiler so that the ammonia-containing gases originating, for example from the boiler or evaporator, are led to the lower part of the recovery boiler 5 below the lute feed point. Typically, the odor gases are led to the hearth via a burner burner, which solution is illustrated in ﬁ g. 2. In this case, combustion air is led separately to the burner so that the air factor is almost stoichiometric, in practice at least 0.7. Correspondingly, the low-ammonia odor gases are fed to the upper part of the recovery boiler above the lute feed point either as such or via a separate burner so that the air ratio is at most 0.5 in the burner's combustion zone. In this way, the formation of nitrogen oxides can be reduced or prevented and dissolved nitrogen oxides dissolve back into a molecular form of nitrogen. At the same time, extra treatment of the ammonia-rich odor gases is avoided, which would otherwise be necessary to prevent ammonia emissions. The choice of feed point for the odor gases is only dependent_e_ga_ * v_det, if they contain large or small amounts of ammonia. In a typically normal process in the cellulose plant, the odor gases which are separated at further concentration typically contain 1000 ppm of ammonia, which means odor gases with, low ammonia content, and the strong odor gases, which are separated, for example in the boiler, evaporator, etc., contain - whips about 10000 ppm ammonia, which means odor gases with a high ammonia content. 5000 ppm ammonia can be considered as a boundary between odor gases with high and low ammonia content, respectively.

Vid förbränning av luktgaser som innehåller rikligt med ammoniak, 10 15 20 25 30 35 515 692 4 brinner ammoniak då luftfaktorn är stor så, att resultatet av reaktionen huvud- sakligen är kvävemonoxid NO. På motsvarande sätt frigörs kväveföreningarna , i svartluten i sodapannans reducerande nedre del huvudsakligen som ammo- niak NHa, varvid ammoniak och NO för sin del kan reagera sinsemellan enligt följande reaktion: eNo + 4NH,->5N2 + eHp.During the combustion of odorous gases which contain abundant ammonia, ammonia burns when the air factor is large so that the result of the reaction is mainly nitrogen monoxide NO. Correspondingly, the nitrogen compounds, in the black liquor in the reducing lower part of the recovery boiler, are released mainly as ammonia NHa, whereby ammonia and NO can in turn react with each other according to the following reaction: eNo + 4NH, -> 5N2 + eHp.

Resultatet av reaktionen är sålunda vatten och molekylärt kväve, vilka båda med tanke på miljö och atmosfär är harmlösa.The result of the reaction is thus water and molecular nitrogen, both of which are harmless to the environment and atmosphere.

Då luktgaser med låg ammoniakhalt för sin del matas till soda- pannans övre del är läget på basis av en nonnal förbränningsprocess i eldhär- den i pannan sådant, att den från svartluten frigjorda ammoniaken förvandlats huvudsakligen till kvävemonoxid NO och molekylärt kväve Nz. l detta sam- manhang fungerar de starka luktgaserna med låg ammoniakhalt som efter- bränsle enligt den s.k. reburning-principen, varvid resultatet är att kväveoxid förvandlas till molekylärt kväve.When odor gases with a low ammonia content are fed to the upper part of the recovery boiler, the situation on the basis of a normal combustion process in the fire hearth in the boiler is such that the ammonia released from the black liquor is mainly converted to nitrogen monoxide NO and molecular nitrogen Nz. In this context, the strong odor gases with a low ammonia content act as after-fuel according to the so-called the reburning principle, the result of which is that nitric oxide is converted to molecular nitrogen.

Fig.2 är en schematisk illustration av en sodapanna, där fyra luftin- matningssteg l,-l_, är beskrivna i form av exempel. l denna implementering sker lutinmatningen L klart ovanför det andra luftinmatningssteget Iz. De starka luktgaserna 10 från kokeriet och indunstningsanläggningen leds i detta fall till sodapannan via en separat brännare 12, varvid utöver luktgaserna även för- bränningsluft Pl matas till brännaren och möjligen stödbränsle P. Som stöd- bränsle för att uppehålla förbränningen används typiskt lätt brännolja eller metanol producerad på fabriken. l denna implementering är brännarens 12 totala luftfaktor minst 0,7. Förbränningsprodukterna av de i brännaren brunna svavel- och ammoniakhaltiga luktgaserna reagerar i detta fall i sodapannans eldhärd så, att bildningen av kväveoxider förhindras och resultatet är huvud- sakligen molekylärt kväve. De starka luktgaserna med låg ammoniakhalt från ytterligare koncentrering 11 matas för sin del till sodapannan direkt ovanför det tredje luftinmatningssteget la. Om luktgaserna med låg ammoniakhalt matas via en separat brännare, används i brännaren en luftfaktor som är högst 0,5 så, att en stor del av förbränningen sker utanför brännarens förbränningszon.Fig. 2 is a schematic illustration of a recovery boiler, in which four air supply steps 1, -1_, are described by way of example. In this implementation, the lute feed L takes place clearly above the second air feed stage Iz. The strong odor gases 10 from the boiler and the evaporator are in this case led to the recovery boiler via a separate burner 12, whereby in addition to the odor gases also combustion air P1 is fed to the burner and possibly auxiliary fuel P. Auxiliary fuel is typically used to support combustion produced at the factory. In this implementation, the total air factor of the burner 12 is at least 0.7. The combustion products of the sulfur- and ammonia-containing odor gases well in the burner react in this case in the fire hearth of the recovery boiler so that the formation of nitrogen oxides is prevented and the result is mainly molecular nitrogen. The strong odor gases with low ammonia content from further concentration 11 are in turn fed to the recovery boiler directly above the third air supply stage 1a. If the odor gases with a low ammonia content are fed via a separate burner, an air factor of at most 0.5 is used in the burner so that a large part of the combustion takes place outside the combustion zone of the burner.

Den slutliga lufttillförseln sker från det sista luftinmatningssteget L, varvid för- bränningen är möjligast fullständig. _ Uppﬁnningen hari redogörelsen ovan och i patentkraven framställts endast i form av exempel och den är inte på något sätt begränsad till det. Det 513 692 5 väsentliga är att starka luktgaser leds beroende på mängden ammoniak till sodapannan till olika punkter så, att luktgaser som innehåller rikligt med am- moniak matas till eldhärdens nedre del via en separat brännare så, att lukt- gasbrännarens luftfaktor är nära stökiometrisk och de luktgaser som innehåller 5 små mängder ammoniak matas antingen direkt ovanför lutinsprutningarna eller via en separat luktgasbrännareså, att brännarens Iuftfaktor är så låg, att en väsentlig del av ammoniaken inte brinner i förbränningszonen. Det, från vilket skede i processen de starka ammoniakhaltiga luktgasema leds och till vilken punkt, beror på mängden ammoniak i ifrågavarande luktgas i ifrågavarande 10 anläggnings process.The final air supply takes place from the last air supply stage L, whereby the combustion is as complete as possible. The invention has been set forth in the foregoing and in the claims only by way of example and is in no way limited thereto. The essential thing is that strong odor gases are led depending on the amount of ammonia to the recovery boiler to different points so that odor gases containing a lot of ammonia are fed to the lower part of the fire hearth via a separate burner so that the odor gas burner air factor is close stoichiometric and the odor gases containing small amounts of ammonia are fed either directly above the lutein injections or via a separate odor gas burner so that the burner air factor is so low that a substantial portion of the ammonia does not burn in the combustion zone. It, from which stage in the process the strong ammonia-containing odor gases are led and to which point, depends on the amount of ammonia in the odor gas in question in the process of the plant in question.

Claims

10 15 20 515 692 Patent claims

A method for reducing NOx emissions in the flue gases from a recovery boiler (5) by feeding to the firebox of the recovery boiler (5) strong sulfur-containing odor gases separated from a process in the cellulose factory, characterized by strong odor gases containing abundant ammonia is fed to the lower part of the recovery boiler (5) below the lute feed point (L) and correspondingly strong odor gases containing small amounts of ammonia are fed to the upper part of the recovery boiler (5) above the lute feed point (L).

2. A method according to claim 1, characterized in that the strong odor gases which contain abundant ammonia and which are fed to the lower part of the sleeping pan are burned with a separate burner (12) so that the air factor is at least 0.7 in the combustion zone of the burner (12).

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the strong odor gases containing small amounts of ammonia are fed directly to the fire hearth of the recovery boiler (5).

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the strong odor gases containing small amounts of ammonia are fed to the fire hearth of the recovery boiler (5) via a separate odor gas burner so that the air factor is at most 0.5 in the burner's combustion zone.

Process according to one of the preceding claims, characterized in that the ammonia content of the strong odor gases which contain an abundance of ammonia is at least 5,000 ppm.