PL189901B1 - Sposób spalania zasiarczonego paliwa gazowego - Google Patents

Abstract

1. Sposób spalania zasiarczonego pa- liwa gazowego w reaktorze ze zlozem flu- idalnym, stacjonarnym lub cyrkulacyjnym, zawierajacym zwiazki wapnia, w którym gaz fluidyzacyjny wprowadza sie do zloza osio- wo i od dolnej strony zloza, znamienny tym, ze zasiarczone paliwo gazowe przed skierowaniem do zloza fluidalnego miesza sie z powietrzem fluidyzacyjnym w komorze mieszania, usytuowanej pod spodem zloza fluidalnego, a nastepnie mieszanke paliwo- wo-powietrzna doprowadza sie do zloza fluidalnego za pomoca dysz zainstalowanych w plycie dystrybucyjnej, umieszczonej nad komora mieszania i przeprowadza sie proces spalania w obecnosci materialu zdolnego do wiazania tlenków siarki, umieszczonego w inertnym zlozu fluidalnym. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób spalania zasiarczonego paliwa gazowego w reaktorach ze złożem fluidalnym, stałym i cyrkulacyjnym, znajdujący zastosowanie w procesach energetycznego wykorzystania przede wszystkim złóż gazu ziemnego zwłaszcza o dużej zawartości H2 S.

Znane są sposoby spalania paliw stałych w paleniskach fluidalnych. Sposoby te polegają na wprowadzaniu gazu fluidyzacyjnego, najczęściej powietrza, do nieruchomego złoża, od jego dolnej strony. Powietrze, wprowadzane jest zwykle do złoża pod pewnym ciśnieniem i powoduje ruch (fluidyzację) złoża. Jako wypełnienie złoża fluidalnego stosuje się materiał niepalny zwykle w postaci piasku, kamienia wapiennego bądź popiołów, które stanowią ponad 90% masy złoża. Pozostałą resztę stanowi materiał spalany.

Spalanie odbywa się w przedziale temperatur od 750°C do 950°C (w praktyce od 850°C do 950°C). W rezultacie niskiej temperatury spalania ilość tworzonych tlenków azotu jest ograniczona. Ponadto wprowadzenie do złoża dolomitu lub kamienia wapiennego przyczynia się do efektywnego wiązania tlenków siarki bezpośrednio w palenisku. Ponieważ fluidyzacja powoduje znaczne mieszanie materiału tworzącego złoże, zachodzi intensywna wymiana ciepła pomiędzy cząsteczkami paliwa i materiałem inertnym, a gazowymi produktami reakcji zachodzących w procesie. Dzięki ruchowi złoża współczynniki wnikania ciepła osiągają wartości od 280 W/m²K do 570 W/m²K, podczas gdy w klasycznych układach kotłowych nie przekraczają 70 W/m2K. Tak wysoka intensywność wymiany ciepła pozwala na spalanie w złożu fluidalnym paliw stałych niskokalorycznych z wysoką zawartością siarki i popiołu.

Znane instalacje energetyczne pracujące w układzie fluidalnym wykorzystują jako materiał palny paliwa stałe (węgiel kamienny i brunatny) oraz odpady stałe lub szlamy (drewno, pozostałości olejow e). Spalanie paliw gazowych, zwłaszcza paliw gazowych wysokozasiarczonych w reaktorach ze złożem fluidalnym nie jest znane w przemysłowych rozwiązaniach. Badania eksperymentalne dotyczące spalania gazów w złożu fluidalnym, ograniczają się do poznania samego mechanizmu reakcji przebiegających w reaktorze fluidalnym.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr US 4 130 071 znany jest sposób spalania stałego paliwa w złożu fluidalnym, gdzie mieszanina węgla i dolomitu jest mielona do otrzymania

189 901 odpowiedniej granulacji i wprowadzana jest do komory fluidyzacyjnej, a powietrze służące do spalania podawane jest od dołu komory poprzez system dystrybucyjny. Powietrze to powoduje ruch złoża fluidyzacyjnego. W złożu zachodzą, w miarę wzrostu temperatury, reakcje rozpadu węglanu wapnia, a wydzielający się tlenek wapnia reaguje z tlenkami siarki, co przyczynia się do ograniczenia emisji związków siarki do atmosfery.

Z kolei z polskiego opisu patentowego nr PL 168 255 znany jest sposób spalania paliw zawierających azot, w reaktorze ze złożem fluidalnym, zmniejszający emisję podtlenków azotu do atmosfery. W szczególności wynalazek dotyczy sposobu, dzięki któremu zmniejsza się emisję N 2O przy spalaniu stałych paliw. Wynalazek obejmuje ciągłe doprowadzanie paliwa zawierającego azot i gazu zawierającego tlen, do spalania paliwa w pierwszym stopniu spalania w reaktorze i utrzymywanie w tym stopniu spalania temperatury około 700-900°C oraz ciągłe odprowadzanie gazów spalinowych zawierających cząstki z pierwszego stopnia spalania i wydzielanie większości cząstek z gazów spalinowych w separatorze cząstek. Do pierwszego stopnia spalania doprowadza się gaz zawierający tlen w nadmiarze, otrzymując gazy spalinowe zawierające resztkowy tlen. Do odprowadzanych gazów spalinowych wprowadza się dodatek dostarczający rodniki wodorowe, zdolny do wytworzenia rodników wodorowych w temperaturach równych lub wyższych od temperatury gazów spalinowych, w ilości wystarczającej do redukcji N2 O. Wykorzystuje się co najmniej część resztkowego tlenu z dodatkiem, podnosząc temperaturę gazów spalinowych powyżej 900°C i przeprowadza się dobre wymieszanie dodanych rodników wodorowych z gazami spalinowymi, ułatwiające redukcję N 2 O.

Przedstawione rozwiązania przyczyniają się do ograniczenia emisji szkodliwych związków siarki czy azotu do atmosfery, jednakże dotyczą one spalania w złożu fluidalnym wyłącznie paliwa stałego.

Paliwo gazowe zasiarczone, zwłaszcza wysokozasiarczone wymaga przeprowadzenia wstępnego odsiarczania w kosztownej intalacji odsiarczania gazu, ponieważ spalanie gazu z tak znaczną zawartością siarkowodoru powoduje problemy korozji w komorze spalania i układach spalinowych. Również zastosowanie koncepcji bezpośredniego spalania gazu z wewnątrzpaleniskowym odsiarczaniem poprzez wdmuchiwanie sorbentów wapiennych jest ograniczone ze względu na zbyt niską sprawność odsiarczania takiej metody, nie przekraczającą zwykle 60%.

Istota sposobu spalania zasiarczonego paliwa gazowego według wynalazku, gdzie spalanie odbywa się w reaktorze ze złożem fluidalnym, stacjonarnym lub cyrkulacyjnym, zawierającym związki wapnia, w którym gaz fluidyzacyjny wprowadza się do złoża osiowo i od dolnej strony złoża, polega na tym, że zasiarczone paliwo gazowe przed skierowaniem do złoża fluidalnego miesza się z powietrzem fluidyzacyjnym w komorze mieszania, usytuowanej pod spodem złoża fluidalnego. Następnie mieszankę paliwowo-powietrzną doprowadza się do złoża fluidalnego za pomocą dysz zainstalowanych w płycie dystrybucyjnej, umieszczonej nad komorą mieszania i przeprowadza się proces spalania w obecności materiału zdolnego do wiązania tlenków siarki, umieszczonego w inertnym złożu fluidalnym. Spalanie w złożu fluidalnym przeprowadza się w obecności dolomitu i/lub kamienia wapiennego, których ilość w inertnym złożu fluidalnym ustala się w zależności od ilości siarki zawartej w paliwie gazowym, przy czym stosunek molowy wapnia Ca zawartego w złożu fluidalnym do siarki S zawartej w paliwie gazowym korzystnie wynosi co najmniej 2. Podczas spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w złożu fluidalnym, uzupełnia się ubytek dolomitu i/lub kamienia wapiennego w tym złożu.

Zaletą sposobu spalania według wynalazku jest wyeliminowanie wstępnego kosztownego odsiarczania, a ponieważ zasiarczony gaz może posiadać wysoką kaloryczność, można wykorzystać efektywnie ciepło z procesu spalania w złożu fluidalnym. Ponadto sprawność odsiarczania wewnątrzpaleniskowego w złożu fluidalnym jest wysoka i osiąga wartości ponad 90%.

Sposób według wynalazku jest objaśniony na przykładzie realizacji w oparciu o rysunek przedstawiający schematycznie reaktor ze złożem fluidalnym w przekroju osiowym.

Reaktor fluidalny 1, w którym przeprowadza się sposób spalania według wynalazku, zaopatrzony jest w płytę dystrybucyjną 2, na której oparte jest złoże fluidyzacyjne 3 oraz wyposażony jest w komorę mieszania 4, usytuowaną wewnątrz reaktora 1, pod spodem płyty dystrybucyjnej 2. Komora mieszania 4 zaopatrzona jest w obwodowe otwory, którymi za

189 901 pomocą przewodów 5 doprowadza się zasiarczony gaz do jej wnętrza. Ilość tych przewodów oraz ich średnica zależy od mocy cieplnej układu. Komora mieszania 4 zaopatrzona jest również w otwór usytuowany w jej dnie, którym za pomocą przewodu 6 wprowadza się do jej wnętrza sprężone powietrze. W płycie dystrybucyjnej zainstalowane są nie uwidocznione na rysunku dysze, doprowadzające mieszankę paliwowo-powietrzną do złoża fluidalnego 3, gdzie następuje spalanie. Złoże 3 jest mieszaniną inertnych składników: piasku, dolomitu i kamienia wapiennego. Dostarczana do złoża 3 mieszanina zasiarczonego paliwa gazowego i powietrza, spala się płomieniowo lub bezpłomieniowo, a spalaniu towarzyszą reakcje rozkładu dolomitu i/lub kamienia wapiennego z wydzieleniem CaO, który reaguje z tlenkami siarki, powstałymi podczas spalania. Stały produkt odsiarczania odprowadzany jest ze złoża przez nie uwidoczniony na rysunku układ odbioru produktu stałego 7, a gazy spalinowe odprowadza się poprzez kanał wylotowy 8. Ubytek reagenta odsiarczającego w złożu 3 uzupełnia się poprzez jego okresowe wprowadzanie do złoża, za pomocą urządzenia zasypowego 9 nie uwidocznionego na rysunku.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób spalania zasiarczonego paliwa gazowego w reaktorze ze złożem fluidalnym, stacjonarnym lub cyrkulacyjnym, zawierającym związki wapnia, w którym gaz fluidyzacyjny wprowadza się do złoża osiowo i od dolnej strony złoża, znamienny tym, że zasiarczone paliwo gazowe przed skierowaniem do złoża fluidalnego miesza się z powietrzem fluidyzacyjnym w komorze mieszania, usytuowanej pod spodem złoża fluidalnego, a następnie mieszankę paliwowo-powietrzną doprowadza się do złoża fluidalnego za pomocą dysz zainstalowanych w płycie dystrybucyjnej, umieszczonej nad komorą mieszania i przeprowadza się proces spalania w obecności materiału zdolnego do wiązania tlenków siarki, umieszczonego w inertnym złożu fluidalnym.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że spalanie w złożu fluidalnym przeprowadza się w obecności dolomitu i/lub kamienia wapiennego, których ilość w inertnym złożu fluidalnym ustala się w zależności od ilości siarki zawartej w paliwie gazowym, przy czym stosunek molowy wapnia Ca zawartego w złożu fluidalnym do siarki S zawartej w paliwie gazowym wynosi co najmniej 2.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że podczas spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w złożu fluidalnym, uzupełnia się ubytek dolomitu i/lub kamienia wapiennego w tym złożu.