SK57398A3

SK57398A3 - Process for separating noxious gas compounds from an exhaust gas

Info

Publication number: SK57398A3
Application number: SK573-98A
Authority: SK
Inventors: Joachim Dohmann; Kai Keldenich
Original assignee: Babcock Anlagen Gmbh
Priority date: 1997-05-07
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 1998-12-02
Also published as: TW378161B; JPH11156147A; HUP9801028A2; HU9801028D0; TR199800817A2; PL326182A1; EP0882489A3; DE19719243A1; CZ107298A3; EP0882489A2

Abstract

Removal of toxic gas components of flue gas comprises cooling it close to its equilibrium temperature, exposing it to particles which react with the toxins, cooling the mixture below the equilibrium temperature and then passing it through a filter to remove the particles.

Description

Spôsob odlučovania zložiek plynných škodlivín zo spalín.Method of separating gaseous pollutants from flue gases.

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týka spôsobu odlučovania zložiek plynných škodlivín zo spalín pódia predvýznamovej časti 1. patentového nároku.The invention relates to a method for the separation of gaseous pollutant components from the flue gases according to the preamble of claim 1.

Súčasný stav technikyThe state of the art

Pri týchto spôsoboch sa pre odlučovanie zložiek plynných škodlivín, ako HCl a S0₂ zo spalín, ktoré sa majú čistiť, pridáva k týmto spalinám pevný neutralizačný prostriedok vo forme oxidov, hydroxidov, uhličitanov alebo hydrouhličitanov alkalických kovov alebo kovov alkalických zemín alebo ich zmesí napríklad Ca(OH)₂). Neutralizačný prostriedok sa pri tomto suchom spôsobe následne odvádza zo spalín odlučovačom prachu. Realizuje sa to najmä s pomocou tkaninového filtra, pretože pri prechode spalín filtračným koláčom dosial nepremenené podiely spalín ďalej reagujú s nepotrebným neutralizačným prostriedkom. Je možné, aby sa časť pevných látok odlúčených od tkaninového filtra, znovu priviedla do procesu. Ďalej, je známe, aby sa do spalín pred alebo po pridaní neutralizačného prostriedku vstrekla voda.These methods for the separation of components of the gaseous pollutants, such as HCl and S0 ₂ from the flue gas to be purified is added to these flue gases a solid neutralizing agent in the form of oxides, hydroxides, carbonates or bicarbonates of alkali or alkaline earth metal or mixtures thereof, e.g., Ca (OH) ₂ ). In this dry process, the neutralizing agent is subsequently removed from the flue gas by a dust separator. This is done in particular with the aid of a fabric filter, since as the flue gas passes through the filter cake, the unconverted flue gas fractions continue to react with the unnecessary neutralizing agent. It is possible for a portion of the solids separated from the fabric filter to be reintroduced into the process. Further, it is known to inject water into the flue gas before or after the addition of the neutralizing agent.

Ďalším spôsobom na zníženie potreby neutralizačných prostriedkov je tak zvaný kvázi suchý spôsob, pri ktorom sa neutralizačný prostriedok vo forme vodnej suspenzie privádza iAnother way to reduce the need for neutralizing agents is the so-called quasi-dry process, wherein the neutralizing agent in the form of an aqueous suspension

tryskami do ešte horúcich spalín. Podiel vody vo vodnej suspenzii sa úplne odparí počas prúdovej fázy. Reakčná splodina sa tak isto odstráni zo spalín odlučovačom prachu, vo forme pevného suchého prachu. Podstatný rozdiel medzi kvázi suchým spôsobom a suchým spôsobom spočíva v spôsobe prechodu hmoty. Pri suchom spôsobe sa v prvej reakčnej operácii viažu zložky plynných škodlivín s pomocou adsorpcie na neutralizačný prostriedok. Pri kvázi suchom spôsobe sa naproti tomu uskutočňuje absorpcia vo vodnej fáze suspenzie, čo so sebou evidentne prináša zlepšenie koeficientov prechodu hmoty.nozzles into still hot flue gas. A portion of the water in the aqueous suspension was completely evaporated during the stream phase. The reaction flue is also removed from the flue gas by means of a dust separator, in the form of solid dry dust. The substantial difference between the quasi-dry process and the dry process lies in the mass transfer method. In the dry process, in the first reaction operation, the gaseous pollutant constituents are adsorbed to the neutralizing agent. In the quasi-dry process, on the other hand, absorption takes place in the aqueous phase of the suspension, which obviously entails an improvement in mass transfer coefficients.

Nevýhoda známych spôsobov je, že sa ochladenie spalín dosiahnuté pridaním vody môže uskutočniť len v dostatočnom odstupe od hraničnej chladiacej teploty plynu. Pri príliš velkom priblížení hraničnej chladiacej teploty nastáva nebezpečenstvo tvorby voľného kondenzátu, ktorý môže viesť k prevádzkovým poruchám v následne zaradenom odlučovači prachu. Nevýhoda kvázi suchého spôsobu je značná potreba energie, ktorá sa musí priviesť na rozprášenie suspenzie pri použití pneumatických trysiek alebo rotačných rozprašovačov, poháňaných parou alebo stlačeným vzduchom.A disadvantage of the known processes is that the cooling of the flue gases achieved by the addition of water can only take place sufficiently far from the limit cooling temperature of the gas. If the cooling temperature is too close, there is a risk of the formation of free condensate, which can lead to operating failures in the downstream dust collector. The disadvantage of the quasi-dry process is the considerable energy requirement that must be brought to spray the suspension using pneumatic nozzles or rotary atomizers driven by steam or compressed air.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Úloha vynálezu je preto vytvorenie spôsobu uvedeného druhu, ktorým sa lepšie využije prísada tak, aby sa zlepšil výkon odlučovania alebo, aby sa znížilo množstvo prísady. Vyriešenie tejto úlohy sa dosiahne spôsobom podľa význaku 1. patentového nároku. Predmetom vedľajších nárokov sú výhodné vyhotovenia vynálezu.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a method of the above type which makes better use of the additive in order to improve the separation performance or to reduce the amount of additive. This object is achieved by the method according to the feature of claim 1. Subject matter of the subclaims are preferred embodiments of the invention.

tT

Spôsobom podlá vynálezu sa prúd spalín ochladením na hraničnú chladiacu teplotu alebo na teplotu, ktorá sa blíži hraničnej chladiacej teplote nasýti vlhkosťou a dosiahne relatívnu vlhkosť 1. Ochladzovanie sa uskutočňuje najmä vstrekovaním vody do prístroja pre rýchle ochladzovanie alebo do odparovacieho chladiča. Takto ochladené a vlhkosťou nasýtené spaliny sa v d’alšej operácii podľa tohto spôsobu ochladia pod hraničnú chladiacu teplotu, čo sa dosiahne nepriamym ochladením, alebo najmä primiešaním určitého regulovateľného množstva studeného prúdu plynu, napríklad prúdu okolitého vzduchu, ochladeného a nasýteného v zvlhčovači. Pri tomto premiešaní nastáva presýtenie zmiešaného plynu vodnou parou. Toto presýtenie sa, odbúrava použitím kondenzačného pochodu, ktorý uprednostnené používa kondenzačné jadra. Aditivy privádzané do zmiešaného plynu pôsobia ako kondenzačné jadra, pričom dosiahnutá kondenzácia prebieha na povrchu aditíva, ktorý sa poťahuje tenkým kondenzačným filmom. V tomto kondenzačnom filme panuje nepatrná teplota, a to hraničná chladiaca teplota, čo priaznivo pôsobí na rozpustnosť plynných škodlivín, ktoré sa majú odlučovať. Hraničná chladiaca teplota zmiešaného plynu je nepatrne nižšia ako teplota vopred ochladených spalín. V kondenzačnom filme nastáva absorpcia plynných škodlivín, ktoré sa majú odlučovať, čo vytvára prvú operáciu následne použitej reakčnej sekvencie neutralizačnej reakcie.According to the method of the invention, the flue gas stream is cooled by cooling to a limit cooling temperature or to a temperature approaching the limit cooling temperature saturated with humidity and reaching a relative humidity of 1. The cooling is carried out in particular by injecting water into the rapid cooling apparatus or evaporative cooler. The cooled and moisture-saturated flue gas is cooled in a further operation according to the method below the cooling limit, which is achieved by indirect cooling, or in particular by mixing a controllable amount of a cold gas stream, for example ambient air, cooled and saturated in the humidifier. In this mixing, the mixed gas is supersaturated with water vapor. This supersaturation is degraded by the use of a condensation process, which preferably uses condensation cores. The additives fed to the mixed gas act as condensation cores, with the achieved condensation taking place on the surface of the additive which is coated with a thin condensation film. In this condensation film there is a low temperature, namely the cooling limit temperature, which has a favorable effect on the solubility of the gaseous pollutants to be separated. The boundary cooling temperature of the mixed gas is slightly lower than the temperature of the pre-cooled flue gas. In the condensation film, absorption of the gaseous pollutants to be separated takes place, forming the first operation of the subsequent neutralization reaction sequence used.

Aby sa zabránilo, aby pri vstupe do odlučovača prachu nebol na povrchu pevných látok aditíva ešte volný kondenzát, môže sa zvýšiť teplota zmiešaného plynu regulovaním množstva neochladeného prúdu spalín vedeného obtokom. Vhodným vyladením pomerov množstva obtokového prúdu a prúdu studeného vzduchu sa môže dosiahnuť voľnosť kondenzátu po skončení premiešavania. Chemická neutralizačná reakcia zložiek plynných škodlivín, ktoré sa majú odlučovať s pomocou aditívov, je vo všetkých prípadoch exotermická. Reakčné teplo sa dosiahne v bezprostrednej blízkosti kondenzačného filmu, usporiadaného voľne na aditíve, čo vedie k odparovaniu kondenzačného filmu, resp. to k tomu prispieva.In order to prevent the condensate from remaining free of condensate on the surface of the additive solids when entering the dust separator, the temperature of the mixed gas can be increased by controlling the amount of non-cooled by-pass flue gas flow. By appropriately tuning the by-pass and cold-air flow ratios, the condensate can be freed after mixing is complete. The chemical neutralization reaction of the components of the gaseous pollutants to be separated by means of additives is in all cases exothermic. The heat of reaction is obtained in the immediate vicinity of the condensation film, which is arranged loosely on the additive, which leads to the evaporation of the condensation film and the condensation film. this contributes to this.

Ďalší užitočný a žiadúci vedľajší účinok vychádza z možnosti odlučovania halogénovodíkov, hlavne HCI v použitom prístroji pre rýchle ochladzovanie. Tým klesne podiel chloridu vápenatého vytvoreného neutralizačnou reakciou, ktorý je hygroskopický a pri vysokej relatívnej vlhkosti a nízkych teplotách má sklon na tvorbu vody ulpievajúcej na pevných látkach. To môže viest k zlepeniu, resp. ulpení pevných látok v odlučovači prachu, čo môže nevýhodne ovplyvniť práce na čistení odlučovača prachu. Prístroj pre rýchle ochladzovanie sa tak isto môže použiť na odlučovanie ortute, pretože iónogénne prítomná ortuť reaguje s chloridmi kvapaliny v prístroji pre rýchle'ochladzovanie pri tvorbe dobre rozpustných chlórno ortuťových zlúčenín.Another useful and desirable side effect results from the possibility of hydrogen halide separation, in particular HCl in the rapid cooling apparatus used. This reduces the proportion of calcium chloride formed by the neutralization reaction, which is hygroscopic and tends to form solids adhering to water at high relative humidity and low temperatures. This can lead to sticking, respectively. adherence of solids to the dust separator, which may adversely affect the work of cleaning the dust separator. The quench apparatus can also be used for mercury separation since the ionically present mercury reacts with liquid chlorides in the quench apparatus to form well soluble chlorine mercury compounds.

Prehľad obrázkov na výkreseOverview of the figures in the drawing

Vynález bude bližšie osvetlený s pomocou výkresu, kde na jedinom obrázku je vyobrazená schéma spôsobu odlučovania zložiek plynných škodlivín zo spalín.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be explained in more detail with reference to the drawing, in which a single diagram shows a process for separating gaseous pollutants from flue gases.

Príklady vyhotovenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Horúce spaliny, ktoré pochádzajú z procesu spalovania, napríklad zo spalovne odpadkov, sa privádzacím potrubím i privádzajú do chladiča 2. Chladič 2 môže byť vytvorený nepriamym chladičom, alebo, ako je znázornené na výkrese, najmä odparovacím chladičom alebo prístrojom pre rýchle ochladzovanie. V chladiči 2 sú usporiadané trysky 2/ ktorými sa vstrekuje voda do prúdu spalín. Neódparená voda sa zhromažďuje v nádržke _4 v spodnej časti chladiča 2 a privádza sa späť čerpadlom 5 k tryskám 3.. Časť vody sa odčerpáva z nádržky . 4 odvzdušňovacím potrubím 6. S odčerpávanou vodou sa zo systému odstraňujú aj škodliviny, ktoré sú vo vode rozpustené. Keď sa použije nepriamy chladič, odporúča sa plyn, ktorý sa má ochladzovať, zavlhčovat vstrekovaním vody alebo vodnej pary.The hot flue gases resulting from the combustion process, for example from a waste incineration plant, are fed into the condenser 2 via a feed line. The condenser 2 may be formed by an indirect condenser or, as shown in the drawing, in particular by an evaporator condenser or rapid cooling apparatus. Nozzles 2 are arranged in the cooler 2 to inject water into the flue gas stream. The non-evaporated water is collected in the reservoir 4 at the bottom of the cooler 2 and fed back through the pump 5 to the nozzles 3. Part of the water is drained from the reservoir. 4. With the pumped water, the pollutants that are dissolved in the water are also removed from the system. When an indirect cooler is used, it is recommended to humidify the gas to be cooled by injecting water or steam.

V chladiči 2 sa spaliny ochladzujú na hraničnú chladiacu teplotu alebo na teplotu, ktorá sa približuje k hraničnej chladiacej teplote. Pod pojmom hraničná chladiaca teplota sa rozumie taká teplota, ktorá sa nastaví pri adiabatickej výmene tepla a hmoty medzi spalinami a kvapalinou vstrekovanou do chladiča. Týmto ochladením sa spaliny nasýtia vlhkosťou. Z chladiča 2. prichádzajú ochladené a vlhkosťou nasýtené spaliny do zmiešavacieho priestoru reaktoru 7, kde sa zmiešavajú s aditívom, ktorý viaže zložky plynných škodlivín spôsobom, ktorý bude podrobne opísaný v nasledujúcom. Ako aditívum sa používa neutralizačný prostriedok vo forme oxidov, hydroxidov, uhličitanov alebo hydrouhličitanov alkalických kovov alebo kovov alkalických zemín alebo ich zmesí, napr. Ca(OH)₂), ktorý viaže plynné škodliviny, predovšetkým S0₂, ako CaSO₃ alebo CaSO₄.In the cooler 2, the flue gas is cooled to a boundary cooling temperature or to a temperature approaching the boundary cooling temperature. Limiting cooling temperature is understood to be the temperature that is set during the adiabatic exchange of heat and mass between the flue gas and the liquid injected into the cooler. By this cooling, the flue gas is saturated with moisture. From the cooler 2, the cooled and moisture saturated flue gases enter the mixing space of the reactor 7, where they are mixed with an additive which binds the gaseous pollutants in a manner described in detail below. The additive used is a neutralizing agent in the form of alkali metal or alkaline earth metal oxides, hydroxides, carbonates or bicarbonates or mixtures thereof, e.g. Ca (OH) ₂ ) which binds gaseous pollutants, in particular SO ₂ , such as CaSO ₃ or CaSO ₄ .

V zmiešavacom reaktore 7 sa ochladené spaliny, nasýtené vlhkosťou a premiešané s aditívami ochladzujú na teplotu pod hraničnou chladiacou teplotou. Tak dochádza k presýteniu spalín vlhkosťou. Toto presýtenie sa odbúrava kondenzáciou tak, že sa tvorí kondenzačný film na zrniečkach aditíva, ktoré slúžia ako kondenzačné jadrá.In the mixing reactor 7, the cooled flue gas, saturated with moisture and mixed with the additives, is cooled to a temperature below the limit cooling temperature. Thus, the flue gas is supersaturated with moisture. This supersaturation is degraded by condensation so as to form a condensation film on the additive beads that serve as condensation cores.

Ochladzovanie spalín v zmiešavacom reaktore 7 sa môže uskutočňovať nepriamym ochladzovaním na plochách výmenníka tepla. Vo výhodnom vyhotovení sa k ochladzovaniu spalín pod hraničnú chladiacu teplotu vháňa do prúdu spalín plyn s teplotou, ktorá je nižšia ako teplota spalín pred vstupom do zmiešavacieho reaktoru 7. Ako studený plyn sa uprednostnené používa okolitý vzduch. Tento vzduch sa nasáva dúchadlom 8. cez zvlhčovač 9, do ktorého sa čerpá voda na zvlhčovanie vzduchu. Vzduchovým potrubím 11 vybaveným regulačnou klapkou 10 sa vzduch privádza do zmiešavacieho reaktoru 7.Cooling of the flue gas in the mixing reactor 7 can be carried out by indirect cooling on the heat exchanger surfaces. In a preferred embodiment, a gas at a temperature lower than the temperature of the flue gas prior to entering the mixing reactor 7 is blown into the flue gas stream to cool the flue gas below the limit cooling temperature. Ambient air is preferably used as the cold gas. This air is sucked in by the blower 8 through a humidifier 9 into which the humidifying air is pumped. Through the air duct 11 equipped with the regulating flap 10, air is supplied to the mixing reactor 7.

Aditívum sa môže privádzať priamo do zmiešavacieho reaktoru 7, a síce v smere prúdenia spalín, pred pridaním prúdu vzduchu ako studeného plynu. Uprednostnené sa aditívum do zmiešavacieho reaktoru 7 privádza spoločne zo vzduchom. Na to slúži prívodné potrubie 12 pre aditívum, ktoré ústi do vzduchového potrubia ll. Dávkovanie aditíva sa uskutočňuje v závislosti od zaťaženia plynných škodlivín v prúde spalín a podlá empiricky stanoveného stóchiometrického faktora. Množstvo vzduchu alebo studeného plynu sa reguluje regulačnou klapkou 10 v závislosti od objemu spalín. Množstvo vzduchu predstavuje asi 10 % príslušného množstva spalín.The additive can be fed directly to the mixing reactor 7, i.e. downstream of the flue gas, before adding the air stream as a cold gas. Preferably, the additive is fed to the mixing reactor 7 together with air. For this purpose, the feed line 12 for the additive opens into the air line 11. The additive dosing is carried out depending on the load of the gaseous pollutants in the flue gas stream and according to the empirically determined stoichiometric factor. The amount of air or cold gas is regulated by the regulating flap 10 depending on the volume of the flue gas. The amount of air is about 10% of the respective amount of flue gas.

Zo zmiešavacieho reaktoru '7 sa spaliny privádzajú ku tkaninovému filtru 13., v ktorom sa aditívum odlučuje na plochách filtra. Vyčistené spaliny vychádzajú z tkaninového filtra 13 výstupným potrubím 14 čistého plynu.From the mixing reactor 17, the flue gas is fed to a fabric filter 13 in which the additive is separated on the filter surfaces. The cleaned flue gas exits from the fabric filter 13 through a clean gas outlet pipe 14.

Neutralizačná reakcia prebiehajúca v kondenzačnom filme na povrchu zrniečok aditíva v zmiešavacom reaktore 7 je exotermická. Reakčné teplo spôsobuje čiastočné odparovanie kondenzátu, ktorý uľpieva na povrchu čiastočiek aditívu. Aby sa s istotou zabránilo privedeniu vlhkých čiastočiek aditíva do tkaninového filtra 13, zvýši sa teplota spalín. Za týmto účelom pred chladičom 2 do prívádzacieho potrubia 1 pre spaliny odbočuje obtokové potrubie 15 a vedie ku zmiešavaciemu reaktoru 7. Týmto obtokovým potrubím 15 sa oddeľuje časť. prúdu neochladených spalín a primiešava sa ku spalinám spracovaným v zmiešavacom reaktore 7., pred ich vstupom do tkaninového filtra 13.. V obtokovom potrubí 15 je zabezpečená regulačná klapka 16., ktorou sa reguluje čiastočné množstvo prúdu neochladených spalín v závislosti od množstva studeného plynu, resp. vzdučhu. Toto čiastočné množstvo predstavuje asi 10 % množstva vzduchu.The neutralization reaction taking place in the condensation film on the surface of the additive beads in the mixing reactor 7 is exothermic. The reaction heat causes partial evaporation of the condensate which adheres to the additive surface. In order to confidently prevent wet additive particles from entering the fabric filter 13, the flue gas temperature is raised. For this purpose, the bypass line 15 branches to the flue gas supply line 1 and leads to the mixing reactor 7 in front of the cooler 2. This part separates by-pass line 15. the non-cooled flue gas stream and is admixed with the flue gas treated in the mixing reactor 7 prior to their entry into the fabric filter 13. In the bypass line 15, a regulating flap 16 is provided, which regulates a partial amount of non-cooled flue gas flow depending respectively. air. This partial amount represents about 10% of the amount of air.

Claims

PATENT CLAIMS

1. A process for separating gaseous pollutant components from flue gases for cooling the flue gases, further mixing with a solid, powdered or granular additive which binds the gaseous pollutants, and further being fed to a dust separator characterized in that the flue gases are cooled to a boundary further, the additive is blown into the cooled flue gas, and the flue gas cooled and mixed with the additive is cooled below the limit cooling temperature.

Method according to claim 1, characterized in that the humidity of the flue gas increases when it is cooled to the limit cooling temperature or to a temperature approaching the limit cooling temperature.

Method according to claim 1, characterized in that the flue gas is cooled to a limit cooling temperature or to a temperature approaching the limit cooling temperature by injecting water.

Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that a gas having a lower temperature is injected into the downstream gas after the addition of the additive or together with the additive cooled to the boundary cooling temperature or to a temperature approaching the boundary cooling temperature. .

5. The method of claim 4, wherein the lower temperature gas is air that is taken from the surrounding environment.

Method according to claim 5, characterized in that the air is moistened.

Method according to claims 4 to 6, characterized in that the amount of gas at a lower temperature is controlled in dependence on the amount of cooled flue gas.

Method according to claims 1 to 7, characterized in that the non-cooled part of the flue gas stream is fed to the cooled flue gas after addition of the additive and before entering the dust separator.

Method according to claim 8, characterized in that the amount of the non-cooled part of the flue gas stream is controlled in dependence on the amount of gas at a lower temperature.