SK280044B6 - Spôsob výberového zníženia obsahu oxidu dusíka vo - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Tento vynález sa týka spôsobu výberového zníženia obsahu oxidu dusíka NO vo výfukových plynoch pecí pomocou tekutého čpavku, pričom je podľa tohto spôsobu čpavok dodávaný do výfukových plynov obsahujúcich NO, pri prítomnosti kyslíka O₂ a pri teplote medzi 700 a 1000 °C. Vynález sa taktiež týka zariadenia na vykonávanie tohto spôsobu.

Doterajší stav techniky

Uvedený spôsob je známy z opisu v US patente číslo 3900554. Tento patent poskytuje všeobecný opis spôsobu pri podmienkach, ktoré stanovujú nutné množstvo čpavku, kyslíka a rozmedzie teplôt na uskutočnenie procesu. Patent neposkytuje žiadne riešenie na praktické využitie tohto spôsobu.

Použitie tohto spôsobu prináša mnoho problémov. Napríklad, pri použití tekutého čpavku z tlakovej nádoby, v ktorej je čpavok bežne uchovávaný pri teplote varu, má čpavok tendenciu zväčšovať, pri doprave na miesto použitia, svoj objem (varom), keď sa toto miesto nachádza vyššie ako je úroveň tlakovej nádoby, čo spôsobuje problémy s kavitáciou a kontrolou množstva čpavku dodávaného do výfukových plynov. Tento problém by sa dal vyriešiť zvýšením hydraulického tlaku čpavku pomocou čerpadiel, ale na druhej strane by to vyžadovalo opätovné zníženie tlaku, napr. v dýze, ktorá čpavok rozprašuje, v dôsledku čoho sa zníži jej životnosť.

Praktické skúšky ukazujú, že dodaním čistého čpavku do výfukových plynov sa neznižuje obsah NO, naopak, obsah NO sa vo výfukových plynoch zvyšuje vplyvom spaľovania čpavku vo výfukovom kanáli.

Ukazuje sa, že je veľmi ťažké zabezpečiť rovnaký a stály tok čpavku do výfukových plynov, ktoré sa majú čistiť, zabezpečiť uspokojujúce rozptýlenie čpavku vo výfukových plynoch a jeho zavedenie do miesta, kde je teplota a obsah kyslíka na chemický proces optimálna.

Jeden navrhnutý spôsob, ktorý’ by mal riešiť problém rozptýlenia čpavku, zahŕňa vyparovanie a rozriedenie čpavku v silnom prúde vzduchu, ktorý je usmerňovaný do niekoľkých miest, kde je ďalej rozprašovaný. Toto riešenie má výraznú nevýhodu v tom, že sa v peci zvyšuje množstvo falošného vzduchu. Súčasne sa zvyšuje možnosť, že čpavku sa spáli a tým sa zvýši množstvo NO vo výfukových plynoch, ako výsledok zvýšeného percentuálneho množstva kyslíka v určitých miestach, v dôsledku čoho dochádza k malému využitiu čpavku. Odparovanie spotrebuje veľké množstvo tepla, a odparovač je veľmi zložité a drahé zariadenie.

Efektívnosť využitia čpavku je definovaná ako pomer medzi množstvom molekúl NO, ktoré bolo odstránené za časovú jednotku, k množstvu molekúl NH₃, ktoré bolo za časovú jednotku dávkované.

Ďalší známy spôsob, ktorý rieši distribučný problém, je miešanie čpavku s vodou. Kvapalná zmes, ako je napríklad čpavková voda, môže byť pomocou jednoduchých prostriedkov rovnomerne dávkovaná a účinne distribuovaná do výfukových plynov, čím sa dosiahne vysoká efektívnosť využitia čpavku. Okrem toho sa čpavok pri rozriedení vodou nespaľuje a nevzniká tým oxid dusíka. Nevýhodou tohto riešenia je pomerne vysoká cena čpavkovej vody, keďže sa používa na riedenie destilovaná voda, čím je tento spôsob veľmi nákladný. Takisto dopravné náklady čpavkovej vody na jeden kilogram, z miesta výroby do miesta po užitia sú vyššie ako pri tekutom čpavku. Ďalšou nevýhodou je skutočnosť, že koncentrácia čpavku je stanovená vopred, pred dopravou, takže priebežné zmeny počas operácie sa nedajú vykonávať.

Podstata vynálezu

Cieľom tohto vynálezu je poskytnúť spôsob na zníženie obsahu NO vo výfukových plynoch pomocou kvapalného čpavku a zariadenie na jeho vykonávanie. Tento spôsob by mal odstrániť už uvedené nevýhody a súčasne zabezpečiť vysokú efektívnosť použitia čpavku pri malých nákladoch.

Podľa tohto vynálezu je cieľ dosiahnutý spôsobom opísaným v úvodnej časti, ktorý' je charakterizovaný tým, že tekutý čpavok je pred použitím vo výfukových plynoch dávkovaný v zbernom mieste, kde je miešaný prúdom vody a to napájacou alebo odpadovou vodou.

Zmiešaním tekutého čpavku s vodou pred použitím vo výfukových plynoch, ako je navrhnuté v súlade s týmto vynálezom , sa dosahuje vyššia efektívnosť využitia čpavku a zníženia obsahu NO v porovnaní so známym spôsobom, a to tým, že sa čpavok riedený vodou nespaľuje a nezvyšuje tým obsah NO vo výfukových plynoch. Spôsob taktiež zvyšuje schopnosť rozptýlenia čpavku vo výfukových plynoch bez použitia veľkého množstva vzduchu a bez nasledovného zvýšeného opotrebovania dýz. Ďalšou výhodou tohto spôsobuje, že sa dá použiť tekutý čpavok v technickej kvalite, ktorá sa používa v poľnohospodárstve, čo je najlacnejšie, pričom náklady spojené s nákupom a dopravou sú nižšie v porovnaní s nákladmi pri čpavkovej vode nakupovanej v externých zdrojoch v stave vhodnom na okamžité použitie. Dávkovaním čpavku ešte v tekutom stave sa dosiahne rovnomernosť jeho vstupu (rovnaké množstvo v kg/h). Keby sa miesto toho zvolilo dávkovanie čpavkovej vody, mohlo by v dôsledku toho dôjsť k zmenám v zásobovaním čpavkom v prípade zmien pomeru v zmesi voda/čpavok, ktoré môžu v priebehu času nastať.

Ďalšia výhoda je možnosť plynulé meniť koncentráciu NH₃ na dosiahnutie optimálnej efektívnosti využitia čpavku pri čistení plynov od oxidu dusíka.

V prevádzkach, v ktorých sa tento spôsob podľa tohto vynálezu má použiť, bude podstatný rozdiel medzi výškou miesta skladovania čpavku a vody a výškou miest, v ktorom dochádza k plneniu zmesi do výfukových plynov. V súlade s týmto vynálezom je výhodnejšie, aby sa zabránilo vretiu čpavku alebo čpavkovej vody a zabezpečila sa doprava na miesto, kde sa mieša s výfukovými plynmi, aby sa hydraulický tlak a objem prietoku vody a tekutého čpavku ovládal systémom čerpadiel, a to pred zberným miestom, v ktorom je zmes realizovaná, a aby sa zmes čpavku a vody ochladila vo výmenníku tepla okamžite po zmiešaní.

Ďalej je výhodné, aby sa dodávka čpavku a vody do zberného miesta riadila tak, aby bol váhový pomer voda/čpavok v rozmedzí 90/10 a 60/40, prednostne medzi 85/15 a 75/25. Podľa tohto vynálezu je nutné, aby bol pomer voda/čpavok stály.

Pritom množstvo vody je konštantné a mení sa vstupné množstvo čpavku podľa obsahu NO vo výfukových plynoch.

Aby sa dosiahlo čo najlepšie rozptýlenie čpavku vo výfukových plynoch, a tým optimálne zníženie obsahu NO v plynoch, je podľa tohto vynálezu nutné, aby sa zmes čpavku a vody dostala do výfukových plynov pomocou rozprašovacej dýzy, lepšie pomocou rozprašovacej dýzy na stlačený vzduch, a aby bol stlačený vzduch vpustený do čpav

SK 280044 Β6 kovej vody pred tým, ako je čpavková voda vstreknutá do výfukových plynov.

Zariadenie, v ktorom sa tento spôsob realizuje, musí mať aspoň nádobu na tekutý čpavok, nádrž na vodu, potrubie na dopravu čpavku a vody do zberného miesta alebo miešacej komory, a na dopravu zmesi vody a čpavku z tohto miesta na miesto, kde je zmes miešaná s výfukovými plynmi, ďalej musí mať výmenník tepla na ochladenie zmesi vody a čpavku a prostriedky na vstrekovanie zmesi vody a čpavku do výfukových plynov.

Na riadenie hydraulického tlaku čpavkovej vody a zabránenie jej vrenia, na riadenie množstva toku čpavku a čpavkovej vody v potrubí je žiaduce, aby zariadenie malo prostriedky na dopravu tekutín a to najlepšie sústavu čerpadiel.

Bolo zistené, že sa čpavková voda najlepšie rozptyľuje vo výfukových plynoch, keď je rozprášená pomocou dýz, do ktorých je vháňaný stlačený vzduch. Zariadenie z tohto dôvodu má dýzy na stlačený vzduch a zásobník stlačeného vzduchu.

Dýza na stlačený vzduch má rúrkovitý kanál na dopravu čpavkovej vody a prstencový kanál, obklopujúci rúrkovitý kanál, ktorý je na konci uzavretý a upravený na dopravu stlačeného vzduchu, ďalej má ústie na vstup a množstvo otvorov medzi oboma potrubiami, ktoré sú umiestené vo vzdialenosti od ústia tak, aby umožnili vháňať stlačený vzduch do čpavkovej vody.

Prehľad obrázkov na výkrese

Vynález bude bližšie vysvetlený pomocou výkresov vo forme diagramov, kde obr. 1 znázorňuje vytvorenie zariadenia podľa tohto vynálezu, obr. 2 znázorňuje dýzu na stlačený vzduch, ktorá sa používa na realizáciu spôsobu podľa tohto vynálezu, obr. 3 znázorňuje príklad prevádzky, v ktorej sa realizuje spôsob podľa tohto vynálezu, a obr. 4 znázorňuje iný príklad prevádzky, v ktorej sa spôsob realizuje.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Zariadenie 1 znázornené na obr. 1 zahŕňa tlakovú nádobu 2 na skladovanie tekutého čpavku, nádrž na vodu 3. ktorá má zásobu vody z napájacieho systému cez uzatvárací ventil 5, dve čerpadlá 7, 8 na dopravu tekutého čpavku a vody, škrtiaci ventil 9, zberné miesto alebo miešaciu komoru 11 na miešanie čpavku a vody, výmenník tepla 13 na ochladzovanie čpavkovej vody, dýzy 15, 15’, ktoré rozprašujú čpavkovú vodu do výfukových plynov vo výfukovom plynovom kanáli 16 a zásobník stlačeného vzduchu 17 a kanály 19,20, 21 a 22.

Na obr. 2 je znázornená dýza 15 na stlačený vzduch, ktorá sa výhodne používa na rozprašovanie čpavkovej vody do výfukových plynov. Dýza 15 pozostáva z rúrkovitého kanálu 31 na dopravu čpavkovej vody, z prstencového kanálu 32, obklopujúceho kanál 31, ktorý je na konci uzavretý a prispôsobený na dopravu stlačeného vzduchu, z ústia výstupu 33 a z množstva spojovacích otvorov 34, 34’ medzi oboma kanálmi.

Na obr. 3 je znázornený príklad pecnej prevádzky SLC-S 41 na spaľovanie cementového slinku, kde sa dá spôsob podľa tohto vynálezu s úspechom použiť, keďže táto prevádzka má zariadenie na nastavenie teploty a O₂ pre opti malizáciu čistiacej účinnosti bez toho, aby to malo vplyv na kapacitu alebo hospodárnosť prevádzky. Z obrázku je zrejmé, že pecná prevádzka 41 zahŕňa cyklónovú predhrievaciu kolónku 42 so štyrmi cyklónmi, pražič na prvotné praženie (vypaľovanie) 43, rotačnú pec 44, chladič slinkov 45 a vetrák 46.

Principiálne sa dá rozprašovať čpavková voda za zariadením 1 do výfukových píynov na dvoch miesta, a to tam, kde plyny opúšťajú pražič 43 pecnej prevádzky cez plynový kanál 47, alebo do výfukových plynov, ktoré opúšťajú rotačnú pec 44 cez výfukový plynový kanál 48.

Obr. 4 znázorňuje prildad pecnej prevádzky SLC 51, ktorá sa takisto používa na spaľovanie cementového slinku a kde je spôsob podľa vynálezu použiteľný. Táto prevádzka 51 zahŕňa dve cyklónové predhrievacie kolónky 52, 52’, z ktorých každá má štyri cyklóny, pražič 53, rotačnú pec 54, chladič slinkov 55 a dva vetráky 46, 46’. Pri tejto pecnej prevádzke sa dá vstrekovanie čpavkovej vody uskutočňovať v miestach 57 a 58.

Kyslík potrebný na tento proces je prítomný vo výfukovom plyne. Jc nutné si uvedomiť, že táto prevádzka pracuje pri normálnom prístupe vzduchu, pritom 1 až 3 % kyslíka ostáva na mieste, kde sa vstrekuje čpavková voda. Vzduch, ktorý sa do systému dostane počas vstrekovania, má taký malý objem, v porovnaní s objemom výfukových plynov, že významne nezvýši percentuálny obsah O₂.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob výberového zníženia obsahu oxidu dusíka NO vo výfukových plynoch pecnej prevádzky pomocou tekutého čpavku, pričom je čpavok podľa tohto spôsobu dodaný do výfukových plynov za prítomnosti kyslíka (O₂) a pri teplote medzi 700 °C a 1100 °C, vyznačujúci sa tým, že tekutý čpavok je pred dodaním do výfukových plynov dávkovaný do zberného miesta (11), kde je miešaný s prúdom vody, napr. s napájacou vodou alebo odpadnou vodou.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že hydraulický tlak, objem prúdiacej vody a rovnako tak tekutého čpavku, je riadený jednotlivými čerpadlami (7, 8) pred tým, ako dôjde k zmiešaniu v zbernom mieste (11).
3. 3. Spôsob podľa nároku laž2, vyznačujúci sa tým, že voda je dodávaná do zberného miesta (11) plynulé, a že čpavok je dávkovaný v zbernom mieste (11) ako funkcia obsahu NO vo výfukových plynoch, ktoré sa majú čistiť.
4. 4. Spôsob podľa nároku 1 až 3, v y z n a č u j ú c i sa tým, že zmes čpavku a vody ihneď potom ako došlo k zmiešaniu, je ochladzovaná vo výmenníku tepla, aby sa zabránilo vreniu zmesi.
5. 5. Spôsob podľanároku laž3, vyznačujúci sa tým, že vstup vody a čpavku do zberného miesta (11) je riadený takým spôsobom, že váhový pomer voda/čpavok v zmesi je medzi 90/10 a 60/40, prednostne medzi 85/15 a 75/25.
6. 6. Spôsob podľa nároku laž5, vyznačujúci sa tým, že zmes čpavku a vody je dodávaná do výfukových plynov pomocou rozprašovacej dýzy (15), prednostne pomocou rozprašovacej dýzy na stlačený vzduch.
7. 7. Zariadenie na vykonávanie spôsobu podľa nároku 1 až 6, vyznačujúce sa tým, že má nádobu (2) na tekutý čpavok, vodnú nádržku (3), potrubie (19, 20, 21) na dopravu čpavku a vody k zbernému miestu alebo miešacej komore (11) a na dopravu čpavkovej vody z tohto miesta na miesto vstreku do výfukových plynov, výmenník tepla (13) na ochladzovanie vody, a prostriedky na vstrekovanie (15) čpavkovej vody do výfukových plynov.
8. 8. Zariadenie podľa nároku 7, vyznačujúce sa tým, že ďalej obsahuje prostriedky na dopravu kvapaliny, prednostne čerpadlá (7, 8).
9. 9. Zariadenie podľa nároku 7 alebo 8, vyznačujúce sa tým, že má dýzu na stlačený vzduch (15) a zásobník na stlačený vzduch (17).
10. 10. Zariadenie podľa nároku 9, vyznačujúce sa tým, že dýza (15) má rúrkový kanál (31) na dopravu čpavkovej vody, a prstencový kanál (32), ktorý ho obklopuje a je na konci uzavretý a prispôsobený na dopravu stlačeného vzduchu, ústie výstupu (33) a množstvo spojovacích otvorov (34, 34’) umiestených medzi dvoma kanálmi (31, 32) a ktoré sú rozmiestené vo vzdialenosti od ústia (33).