PL170370B1 - Sposób i urządzenie do odsiarczania spalin metodą półsuchą - Google Patents

Abstract

1 Sposób odsiarczania spalin metodąpółsuchą z użyciem wodnej zawiesiny alkalicznej, w którym prowadzi się odsiarczanie w fazie ciekłej w formie kropel wirujących w spalinach i jednocześnie suszy się te krople w temperaturze bliskiej adiabatycznej saturacji, znamienny tym, ze wysuszone i częściowo zasiarczone cząstki sorbenta ponownie nawilża się rozpyloną zawiesiną alkaliczną lub wodą i ponownie suszy się po czym oddziela się suchy odpad od spalin 4. Urządzenie do odsiarczania spalin metodą półsuchą o konstrukcji suszarni rozpyłowej posiadające część stożkową i część cylindryczną oraz wirujący dysk, korzystnie głowicę rozpyłową do wytwarzania kropel zawiesiny, umieszczoną u góry w centralnym punkcie części cylindrycznej, wyposażone w króćce doprowadzenia spalin ponad dyskiem rozpylającym przez zawirowujące kierownice i króćce odprowadzenia spalin oraz suchego odpadu u dołu urządzenia, z boku i w części stożkowej, znamienne tym, ze obwodowo u góry korzystnie z boku części cylindrycznej (2) umieszczone są dodatkowe dysze rozpyłowe (5) skierowane stożkiem rozpylania w obszar znajdujący się w pobliżu ściany cylindrycznej (2) i poniżej miejsca zamocowania dysku (4)

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do odsiarczania spalin metodą półsuchą wodnymi zawiesinami alkalicznymi, posiadający zastosowanie w kotłowniach zakładowych, ciepłowniach i małych elektrociepłowniach opalanych zasiarczonym paliwem stałym.

Dotychczas znane metody odsiarczania spalin, bez odzysku siarki, bazują na użyciu sorbenta mleka wapiennego, rzadziej sody, z pewnymi dodatkami regulującymi reakcje chemiczne procesu. Mleko wapienne wytwarzane jest z wapna hydratyzowanego, mielonego kamienia wapiennego. Znane metody odsiarczania polegają na skontaktowaniu spalin i mleka wapiennego w reaktorze o różnej geometrii i sposobie podawania mleka. Metody te z punktu widzenia prowadzenia procesu dzieli się na mokre, półsuche i suche. Wszystkie są procesami znanymi o licznych zastosowaniach przemysłowych. Metody mokre pozwalają na uzyskanie wysokich sprawności odsiarczania, ale produktem ubocznym jest uciążliwa zawiesina siarczanów i siarczynów wapnia. Zawiesiny te wykazują dużą skłonność do inkrustacji, wymagają specjalnych pomp, a szlam CaS03 ze względu na własności tiksotropiczne nie może ulec odwodnieniu poniżej 60-70% wody i z tego powodu składować go można tylko w dużych zbiornikach. Tradycyjne metody suche natomiast choć tanie i proste, nie dają zwykle wymaganych sprawności odsiarczania. Opis zgłoszenia patentowego nr WO 089/07974 podaje sposób podwyższenia sprawności odsiarczania metody suchej, a zwłaszcza wykorzystania sorbenta poprzez odpowiednie jego przygotowanie i aktywację. Metody półsuche, zwane też metodami suszenia rozpyłowego, łączą zalety wysokiej sprawności odsiarczania metod mokrych (w obu rodzajach metod proces chemiczny zachodzi w fazie ciekłej) z niskim kosztem metod suchych. W metodzie półsuchej odsiarczanie spalin odbywa się z użyciem wodnej zawiesiny alkalicznej podawanej do spalin przy pomocy wirującego dysku czy dysz.

Zasadniczy proces odsiarczania prowadzony jest w fazie ciekłej, która ma postać rozproszonych kropel wirujących w spalinach. Krople te jednocześnie z nasycaniem SO 2 są suszone w temperaturze bliskiej temperaturze adiabatycznej saturacji tak, że produktem końcowym procesu odsiarczania jest odpad suchy. Aby dana metoda półsucha była atrakcyjna przy obecnie obowiązujących przepisach dotyczących ochrony środowiska musi zapewnić uzyskiwanie wysokich sprawności odsiarczania, często powyżej 90% przy ograniczonym zużyciu sorbenta. Wszystkie te metody sąjednostopniowe. Sposobem na zwiększenie sprawności, bez zwiększenia zużycia sorbenta jest zastosowanie metody dwustopniowej. Z opisu patentowego US nr 4 753 785 znany jest sposób odsiarczania dwustopniowego, polegający na uzupełnieniu tradycyjnej metody suchej czyli wtryskiwaniu suchego pyłu sorbenta będącego tu stopniem pierwszym a nawilżanie rozpylonego suchego sorbentu wtryskiwaną wodą stanowiącego stopień drugi. Jest to istotny krok naprzód w powiększaniu bardzo zwykle niskich sprawności metod suchych bez nadmiernego bo kilkakrotnie powyżej stechiometrycznego zużycia sorbenta. Jednak sprawność ostateczna jest zbyt niska dla mocno zasiarczonych spalin, bowiem sposób aktywacji wodą drobnego pyłu w objętości reaktora jest niewłaściwy.

Dotychczasowe urządzenia do odsiarczania spalin metodą półsuchą o konstrukcji suszarni rozpyłowej składają się z obudowy posiadającej u góry część cylindryczną, a u dołu część stożkową oraz wirujący dysk, korzystnie głowicę rozpyłową z dyszami do wytwarzania kropel zawiesiny. Dysk czy głowica umieszczona jest w części centralnej u góry części cylindrycznej. Spaliny surowe zwykle doprowadza się ponad dyskiem przez zawirowujące kierownice, a spaliny odsiarczone odprowadzano z centralnej części stożkowej. Natomiast odpad suchy odprowadzany jest przez podajnik u dołu części stożkowej urządzenia.

Sposób według wynalazku polega na tym, że wysuszone i częściowo zasiarczone cząstki sorbenta, obecnego jeszcze w spalinach, a powstałego z wysuszonych w temperaturze adiabatycznej saturacji kropel jak w tradycyjnej metodzie półsuchej, ponownie nawilża się rozpyloną zawiesiną alkaliczną łub wodą, w zależności od danego składu spalin, a następnie ponownie się je suszy, a następnie oddziela od spalin w formie suchego odpadu stałego. W sposobie według wynalazku grubszą frakcję odpadu odprowadza się osobno grawitacyjnie, a lżejszą pylistą która ulatuje wraz z odsiarczonymi spalinami oddziela od tych spalin jedną ze znanych metod. Istnieje możliwość recyrkulacji frakcji lżejszej w zależności od jej składu i po aktywizacji przeprowadzonej jedną ze znanych metod wykorzystania jej do przygotowania zawiesiny alkalicznej do odsiarczania.

W urządzeniu według wynalazku obwodowo u góry korzystnie z boku części cylindrycznej obudowy urządzenia umieszczone są dodatkowe dysze rozpyłowe skierowane stożkiem rozpylania w obszar znajdującej się w pobliżu ściany cylindrycznej i poniżej miejsca zamocowania dysku. Dysze są zamocowane tak, że tworząca stożka rozpylania dysz jest równoległa lub tworzy niewielki kąt ostry ze ścianą walcową w kierunku poosiowym walca.

Korzystne skutki sposobu według wynalazku to przede wszystkim zwiększenie wykorzystania sorbenta w metodach półsuchych przy utrzymaniu, a nawet powiększeniu sprawności odsiarczania. Nie mniej ważnym efektem jest zwiększenie uziamienia odpadu suchego co ułatwia jego przechowywanie, transport itd. Dodatkowo sposób według wynalazku zwiększa elastyczność metody na zmianę obciążenia instalacji odsiarczanymi spalinami. W rozwiązaniu według wynalazku proponuje się podobne jak w opisanym poprzednio sposobie zwiększyć sprawność odsiarczania przez zastosowanie drugiego stopnia odsiarczania, ale nie drogą rozwinięcia metody suchej, ale półsuchej. Tak więc już w pierwszym stopniu mamy możliwość osiągnięcia wysokiego stopnia odsiarczania przez rozpylanie zawiesiny ciekłej z niedomiarem wody, aby krople w końcowej fazie wysychały, a nawilżanie ponowne będące drugim stopniem procesu miało zadanie dodatkowe, już niewielkie podwyższenie sprawności, zwłaszcza w okresach szczytowego przepływu spalin, bez konieczności zwiększenia zużycia sorbenta wapniowego pomad zwykle stosowany nadmiar w stosunku do stechiometrii, a jedynie podwyższając nieco zużycie wody. Istnieje tu cały szereg rozwiązań szczegółowych, np. można w

1710370 pierwszym etapie podawać zawiesinę bardziej rozcieńczoną, a w drugim też tę zawiesinę zamiast wody stosując ciągle zasadę nie zwiększania sumarycznego zużycia sorbenta wapiennego, lecz tylko rozcieńczenia go wodą. Ponowne nawilżenie częściowo przereagowanego sorbenta zwiększa również granulację odpadu suchego, gdyż drugi etap odsiarczania odbywa się na powierzchni ponownie nawilżonych cząstek, które pochłaniając SO 2 ze spalin i rosną do większych wymiarów niż w metodach jednostopniowych. Większa część odpadu o większych wymiarach oznacza możliwość ich grawitacyjnego odebraniajuż u dołu samego urządzenia odsiarczającego w stopniu wyższym niż w tradycyjnych metodach jednostopniowych. Oznacza to odciążenie filtra workowego, czy cyklonów za urządzeniem odsiarczającym, które wytwarza mniej wtórnego zapylenia spalin produktami odsiarczania. Tym niemniej wciąż część drobniejszego odpadu odbiera się w urządzeniach odpylających. W celu dalszego podwyższenia stopnia wykorzystania sorbenta celowe jest częściowe jego zawracanie z powrotem do sekcji przygotowania zawiesiny sorbenta świeżego.

Korzystne skutki zmian konstrukcji urządzenia według wynalazku to podwyższenie wykorzystania sorbenta w stosunku do urządzeń dotychczasowych poprzez odpowiednie dozowanie natężenia podawanej zawiesiny mleka wapiennego i wody w różne strefy urządzenia w postaci rozpylonych kropel o różnej średniej średnicy Sauter’a. Jak wiadomo bowiem, proces absorpcji SO2 ze spalin do kropli zawiesiny mleka wapiennego przebiega intensywnie jedynie do momentu kiedy kropla nie wyschnie. Kropla musi więc mieć znaczny czas przebywania w urządzeniu, ale nie może być za duża bo nie zdąży wyschnąć co prowadziło by do metody mokrej z otrzymaniem odpadu w formie zawiesiny. Niezłym rozwiązaniem jest tu zastosowanie dysku rozpylającego, który daje niewielkie krople o małym rozrzucie średnicy kropli. Daje to przynajmniej pewność uzyskania wysuszonego produktu. Krople jednak wysychają zbyt szybko, nie wyczerpując możliwości sorpcyjnych zawiesiny, czyli dają niskie wartości stopnia przereagowama. Wartości te w warunkach ruchowych mogą wynosić nawet poniżej 25% w stosunku do teoretycznego stopnia przereagowania. Urządzenie do prowadzenia procesu metody półsuchej, dwustopniowej w/g wynalazku eliminuje zbyt szybkie wysychanie kropel wytwarzanych przez tradycyjne dyski rozpyłowe, korzystnie głowice dyszowe, przez dodatkowe nawilżanie już wysuszonych małych kropel - cząstek stałych, dodatkowymi dyszami rozpylającymi wodę, korzystnie zawiesinę mleka wapiennego w postaci kropel o dużym rozrzucie średnicy kropli. Oprócz wspomnianej różnicy w wielkości kropli istotna jest tu geometria posadowienia dysku względem dysz. Dla dysku umieszczonego centralnie u góry urządzenia - jak dla typowych suszami rozpyłowych, dysze nawilżające według wynalazku umieszcza się u góry po obwodzie zewnętrznym, stożkiem rozpylania centralnie do dołu. Do takiej geometrii, średnia kropla zawiesiny opuszczająca stycznie dysk rozpyłowy porusza się to trójwymiarowej spiralnej trajektorii wokół osi w kolejnych okrążeniach coraz niżej i bliżej ściany, aż do wylotu u dołu aparatu. Kontaktuje się ona kolejno z gorącymi spalinami tuż przy dysku w prądzie krzyżowym, a potem porwana prądem spalin cyrkuluje wraz z nimi i w krótkim czasie staje się suchą cząsteczką i wtedy stykając się krzyżowo ze stożkami kropel wylatującymi z dysz, nawilża się i przereagowuje na powierzchni z pozostałymi jeszcze w spalinach resztkami SO2. Typową geometrię urządzenia w/g wynalazku z zaznaczonymi miejscami umiejscowienia zasilania w mleko wapienne, korzystnie wodę podano na rysunku. Gorące spaliny zasiarczone wpływają wlotem 1, centralnie do części cylindrycznej 2 urządzenia, gdzie kontaktują się z mlekiem wapiennym, korzystnie wodą, dostarczanym przewodem 3 i rozpylanym dyskiem 4, korzystnie głowicą dyszową, a unoszony ze spalinami pył częściowo przereagowanego sorbentu jest ponownie nawilżany, korzystnie pokrywany sorbentem z wodą przy pomocy dysz 5 zasilanych przewodami 6, umieszczonych obwodowo u góry części cylindrycznej urządzenia i po głębokim odsiarczeniu spaliny wypływają ze stożkowej części 7 urządzenia wylotem 8 do cyklona lub filtra workowego celem usunięcia wytworzonego siarczynu/siarczanu wapniowego. Dodatkowo dyskiem, korzystnie głowicą rozpyłową, dostarcza się przewodem 9 powietrze w celu dotlenienia powstającego siarczynu do siarczanu, a króćcem 10 odprowadza się grubszą frakcję wysuszonych cząstek.

17(0370

Przykład. Spaliny surowe, o temperaturze 260°C, z kotła opalanego węglem, spalającego dodatkowo gazy odpadowe, o łącznym wydatku 120 tys. mVh i zawierające ładunek 200 kg S02/h, są odsiarczane dwustopniowo w jednym reaktorze ze sprawnością 90% Do pierwszego stopnia jako reagent podawane jest mleko wapienne 10% w ilości 5000 kg/h, a do drugiego stopnia woda przemysłowa w ilości 2000 kg/h, otrzymując 800 kg/h suchego grubego odpadu będącego mieszaniną CaS04, CaSO3, Ca(OH)2, CaC O3, CaCl2, CaF2 i Si02 o zawilgoceniu 20%.

170 370

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób odsiarczania spalin metodą półsuchą z użyciem wodnej zawiesiny alkalicznej, w którym prowadzi się odsiarczanie w fazie ciekłej w formie kropel wirujących w spalinach i jednocześnie suszy się te krople w temperaturze bliskiej adiabatycznej saturacji, znamienny tym, że wysuszone i częściowo zasiarczone cząstki sorbenta ponownie nawilża się rozpyloną zawiesiną alkaliczną lub wodą i ponownie suszy się po czym oddziela się suchy odpad od spalin.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że grubszą frakcję odpadu, która przeszła proces ponownego nawilżania odprowadza się grawitacyjnie a lżejszą frakcję pylistą odprowadza się wraz ze spalinami oraz oddziela się.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że lżejszą frakcję odpadu recyrkuluje się i wykorzystuje się do przygotowywania zawiesiny.
4. 4. Urządzenie do odsiarczania spalin metodą półsuchą o konstrukcji suszarni rozpyłowej posiadające część stożkową i część cylindryczną oraz wirujący dysk, korzystnie głowicę rozpyłową do wytwarzania kropel zawiesiny, umieszczoną u góry w centralnym punkcie części cylindrycznej, wyposażone w króćce doprowadzenia spalin ponad dyskiem rozpylającym przez zawirowujące kierownice i króćce odprowadzenia spalin oraz suchego odpadu u dołu urządzenia, z boku i w części stożkowej, znamienne tym, że obwodowo u góry korzystnie z boku części cylindrycznej (2) umieszczone są dodatkowe dysze rozpyłowe (5) skierowane stożkiem rozpylania w obszar znajdujący się w pobliżu ściany cylindrycznej (2) i poniżej miejsca zamocowania dysku (4).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że tworząca stożka rozpylania dysz (5) jest równoległa lub tworzy niewielki kąt ostry ze ścianą walcową (7) w kierunku poosiowym walca.