CS199928B1 - Způsob odsiřování spalin ve fluidním ohništi - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu odsiřování spalin ve fluidní vrstvě, při kterém se do proudu spalin vystupujících z fluidní vrstvy rovnoměrně rozděluje suspenze, obsahující sloučeniny vápníku a/nebo hořčíku.

Je známo, že provádění spalovacího a odsiřovacího procesu v jediné fluidní vrstvě klade poměrně přísné požadavky na granulometril zpracovávaných materiálů, zejména aditiva, protože téhož stupně proreagování s velikostí částic rychle roste. Proto by bylo výhodné používat pro odsiřování spalin jemných částic aditiva o velikosti v rozmezí od 60 do 250 x 10~® m.

Jemné částice aditiva, jejichž úletová rychlost je menší než rychlost spalin v prostoru nad fluidní vrstvou, jsou však z fluidní vrstvy rychle vynášeny, takže mají ve fluidní vrstvě krátkou dobu prodlení a stupeň jejich využití je nízký. Jsou-li naopak využívány částice větší, které z fluidní vrstvy neulétají, mají delší dobu prodlení ve fluidní vrstvě, přesto však zůstává jejich značná část nezreagována v důsledku difuzního odporu vrstvy reakčního produktu. Využiti aditiva je proto v obou případech nízké (D.G. Skinner: The Fluidized Combustion of Coal, Mills and Boon, Ltd, London 1971; O. Levenspiels Teorie a yýpočty chemických reaktorů, SNTL 1967, str. 337).

Při použití konvenčních rozpojovacích technik jsou připravovány směsi částic, charakterizované širokým granulometrickým rozmezím. Po vytřídění frakce vhodné pro přímé dávkování do fluidní vrstvy zbývá značná část materiálu, jehož granulometrické složení leží pod spodní

199 928

189 828 a nad horní hranicí použitelné frakce. Hrubý materiál lze vracet zpět na vstup rozpojovacího zařízeníj frakce, která odpovídá úletu z fluidní vrstvy však zůstává nevyužita.

Stejně zůstává nevyužito značné množství odpadních látek z různých výrob, které z hlediska chemického složení mohou být vhodnými palivy a/nebo aditivy pro odsiřovací proces, uskutečňovaný ve fluidním ohništi. Tyto látky, jako např. kaustifikační kaly, kaly z mokrých odlučovačů prachu ve výrobě vápna, sulfitové výluhy, odprašky z výroby cementu apod., nejsou pro odsiřovací proces dosud využívány. Podobně při úpravě tuhých paliv nejsou využívány jemné částice, odpadávající zpravidla ve formě kalů.

Podstatou vynálezu je způsob odsiřování spalin ve fluidním ohništi, při kterém se suspenze, obsahující sloučeniny vápníku a/nebo hořčíku, např. uhličitany, kyselé uhličitany, kysličníky hydratované kysličníky apod., případně spalitelné látky a/nebo částice tuhého paliva rovnoměrně rozděluje do proudu spalin vystupujících z fluidní vrstvy. Minimální spotřeby suspenze aditiva se dosáhne tehdy, udržuje-li se teplota fluidní vrstvy trvale na optimální teplotě odsiřovacího procesu, např. způsobem odvodu tepla podle čs. patentu č. 148 943, který spočívá v tom, že spalovací vzduch se zavádí do dvou různých výšek fluidní vrstvy, přičemž mezi horními a dolními přívody vzduchu je do fluidní vrstvy ponořen výměník tepla. Poměrem množství vzduchu, přiváděného do fluidní vrstvy horními a dolními přívody se pak řídí intenzita odvodu tepla z fluidní vrstvy.

Při pádu částic suspenze spalinami v prostoru nad fluidní vrstvou dochází k předsušení částic spalinami. Po dopadu těchto částic na hladinu fluidní vrstvy se částice vmísí do fluidní vrstvy, dosuší a rozloží se uhličitany a hydroxidy na kysličníky, které pak reagují s S0₂ vznikajícím při spalování paliva.

Pokud se ve fluidním ohništi kromě kalů nebo kapalných odpadů spalují také tuhá paliva, může být proud větších částic tuhého paliva přiváděn přímo do fluidní vrstvy. Proces je s výhodou řízen tak, že hmotnostní toky proudů paliva a aditiva odpovídají chemickému složení latentně a/nebo zjevně hydraulických tuhých zbytků spalovacího odsiřovacího procesu.

Výhodou způsobu přípravy aditiv a tuhých paliv ve formě suspenze a jejím přívodem nad fluidní vrstvu podle vynálezu je to, že provádění spalovacího odsiřovacího procesu i zařízení se zjednodušují, nebol zcela či zčásti jsou odstraněny operace a zařízeni, spojená s konvenční přípravou a dávkováním aditiva, případně i paliva.

Maximální velikost použitých částio aditiva, popřípadě paliva je omezena jednak prahovou rychlostí fluidace a jednak požadavky vyplývajícími z kinetiky odsiřovacího procesu ve fluidním ohništi, a charakter dávkovacího zařízení. Potřebné množství aditiva je dávkováno rovnoměrně do proudu spalin např. rotujícím talířem nebo soustavou trysek.

Konverze granulovaných částic aditiva je vyšší než konverze částic připravených primárním rozpojovacím procesem, něhož výchozí částice, tvořící aglomerát, jsou o 1 až 2 řády menší a aglomerát je velmi porézní. Obsahuje 30 až 40 % makropórů po vodě odpařené z kapek suspenze, např. u kaustifikačníoh kalů nebo u kalů z mokrých odlučovačů prachu ve výrobě vápna, popřípadě ještě po spálených organických látkách, jako je tomu např. u sulfitových výluhů nebo odpadních dehtů. Protožp porozita granulátu zhruba Odpovídá rozdílu molárních objemů CaSO^ a CaC0₃, je difuzní odpor částic granulátu významně nižší než difuzní odpor původních částic po

198828 jejich kalcinaci.

Další výhodou přívodu suspenze do prostoru fluidního ohniště nad fluidní vrstvu je to, že současně probíhá několik fyzikálních a chemických procesů, které příznivě ovlivňují účinnost odsíření a odprášení spalin. Při nástřiku suspenze do fluidního ohniště nad fluidní vrstvu je totiž úlet prachových částic z fluidního ohniště nižší, nebot jsou přímou impakcí zachycovány na kapkách suspenze, popřípadě na aglomerátech a zčásti tak přecházejí s ostatními tuhými zbytky do odběru z fluidní vrstvy.

Účinnost odsiřování při nástřiku kalů nebo suspenzí obsahujících CaO, Ca(OH)₂, CaCO₃ a/nebo MgO, Mg(OH)₂, MgCO^ nad fluidní vrstvu se zvýší tím, že S0₂ ve spalinách reaguje s granulemi při jejich vysoušení za vzniku CaSO^ a/nebo MgSO-j. Po vmíšení granulí do fluidní vrstvy a jejich ohřátí nad teplotu 800 °C se pak tyto siřičitany oxidují na sírany.

Při velkých dobách prodlení částic ve fluidní vrstvě a teplotách, které jsou nutné pro dosažení vysoké konverze aktivních granulí aditiva na sírany, dochází v granulovaných částicích i tuhých zbytcích spalovacího procesu k řadě reakcí v tuhé fázi mezi CaO a/nebo MgO a ostatními složkami aditiv a/nebo paliv, jejichž produktem jsou latentně a/nebo zjevně hydrau lické tuhé zbytky spalovacího odsiřovacího procesu. Složení a vlastnosti těchto produktů lze v širokých mezích měnit poměrem proudů aditiva a paliva.

Množství dávkovaného aditiva závisí na požadovaném způsobu využiti tuhých zbytků spalovacího a odsiřovacího procesu, přičemž minimální množství aditiva je určeno požadovanou mini mální účinnosti odsíření. Maximální množství aditiva dávkovaného do fluidní vrstvy je pak dá no rovnováhou mezi teplem, potřebným k termickému zpracování aditiva a teplem, uvolněným ve fluidním ohništi.

Příklad

Do fluidního ohniště, v němž se spaluje drcené uhlí spolu s uhelnými kaly, se dávkuje drcené uhlí přímo do fluidní vrstvy a suspenze uhelných kalů po smísení s cementářskými odprašky se tryskami dávkují do spalin ve výši 6 m nad hladinou fluidní vrstvy. Uhlí obsahuje 4 % síry a 25 % popela, cementářské odprašky obsahují 35 % CaO převážně ve formě CaC0₃· Při dávkovaném množství suspenze, odpovídajícím 1,5 násobku stechiometrického množství CaO, potřebného pro 100 % odsíření, bylo dosaženo účinnosti odsíření 93,5 %. Tuhé zbytky spalovacího procesu semletí na zbytek 2 % na sítě s rozměrem ok 0,2 mm byly smíchány s vodou tak, že vodní součinitel byl roven 1. Pevnost v tlaku zkušebních tělísek po 28 dnech byla 14,6 MPa.

Claims (3)

1. Způsob odsiřování spalin ve fluidním ohništi, vyznačený tím, že suspenze, obsahující sloučeniny Ca a/nebo Mg, případně spalitelné látky a/nebo částice tuhého paliva se rovnoměrně rozděluje do proudu spalin, vystupujících z fluidní vrstvy.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že množství suspenze se pohybuje od stechiometricky potřebného množství k odsíření spalin do množství, které je možno ve fluidní vrstvě tepelně zpracovat teplem uvolněným při spalování paliva.

3. Způsob podle bodů 1 a 2, vyznačený tím, že část proudu tuhého paliva, obsahujícího Částice, jejichž úletová rychlost je větší než mimovrstvová rychlost spalin nad hladinou fluidní vrstvy, je přiváděna přímo do fluidní vrstvy.