CS268518B2 - Method of sulphur oxides content reduction in flue gases and equipment for realization of this method - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu snižování obsahu oxidů síry v komřových plynech ze spalovacích zařízení spalujících jemnozrnná uhlíkatá paliva, a zařízení к provádění tohoto způsobu.

Škodlivost vedlejších produktů a zplodin spalování fosilních paliv je obecně známa. Základní Škodlivinou je oxid siřičitý, kterého ae ve světě т různých oblastech vypouští do ovzduší velké množství, přičemž hlavními zdroji tohoto znečištění jsou elektrárny a průmysl. Přes četné snahy se dosud ve světě nepodařilo т uspokojivé míře zvládnout emise oxidu siřičitého SO^ a snížit je na snesitelnou míru.

Fosilní paliva zastupuje v praxi především uhlí, které obsahuje síru buň ve formě minerálních průvodních složek, zejména ve formě pyritu FeS^, nebo Jako tak zvanou organickou síru. Elementární síra se v černém uhlí téměř nevyskytuje. Organická síra je součástí složek uhlí, přičemž povaha této vazby v uhlí není ještě dosud dostatečně známa. V současné době se síra odstraňuje z uhlí podle druhu Jejího výskytu buňto mechanickými nebo chemickými procesy. Oba druhy těchto procesů Jsou pracné, přičemž chemické postupy vyžadují zvláště vysoké investiční a provozní náklady.

Pro chemické odsiřovací postupy je důležité a podstatné, že uhlí Je v podstatě nerozpustné v prakticky použitelných rozpouštědlech a tím není rozrušitelné selektivními reakčními činidly, přičemž chemického účinku je možno dosáhnout Jedině při zpracovávání rozrušeného nebo rozdrceného uhlí.

Pro snížení množství oxidů síry SO^, uvolňovaných při průmyslovém spalování fosilních paliv, se zpravidla používají způsoby a zařízení pro odsiřování kouřových plynů nebo pro odsiřování vlastních paliv, přičemž mnohá z těchto zařízení Jsou pouze ve stadiu vývoje. Všechna dosud známá opatření však mají za následek více nebo méně citelné zvýšení ceny dodávané elektrické energie, protože nezbytná zařízení jsou financována z tohoto cenového zvýšení.

Kejrozšířenější dosud používanou metodou je odsiřování kouřových plynů. Protože se přitom odstraňuje oxid siřičitý SO^, vznikající při spalování paliva, nehraje druh vazby na palivo žádnou roli. Nejvíce se dosud prosadily mokré odsiřovací stanice, ve kterých vzniká z nejrozšířeněji používaných přísad sádra, ve které Je síra vázána ve formě síranu.

V těchto případech musí být topeniště, popřípadě odtah kouřových plynů z prostoru kotle vyroben z materiálu, který odolává působení oxidu siřičitého. Přitom je třeba již v projektu spalovacího zařízení pamatovat na vyšší cenu těchto materiálů.

Pro odsiřování kouřových plynů т prostoru kotle je známo několik metod, při kterých se provádí suché odsiřování kouřových plynů před jejich výstupem z kotle. Tyto metody spočívají v přidávání přísad, které na sebe vážou ve spalovacím prostoru síru, přičemž těmito přísadami jsou zejména mleté pálené vápno CaO, práškový hydroxid vápenatý Ca(OH)₂ a vápencová nebo vápenná moučka CaCOy Při adsorpci sloučenin síry v kouřových plynech na přísady ве vychází z toho, že oxid vápenatý reaguje s oxidem siřičitým SO₂ a s přebytkem kyslíku nebo s oxidem sírovým SO^ na síran vápenatý podle následujících rovnic:

CaO + S0_? + 1/2 0₂ ---------> CaSO₄ (1)

CaO + SO3 --------> CaSO₄ (2) sádra = CaSO^ · 2 H₂O

Vznikající síran vápenatý se shromažďuje v popelu. Jestliže se nepoužije přímo osid vápenatý, ale hydroxid vápenatý nebo vápno jako přísada, musí se tyto látky nejprve rozložit:

Ca(OH)₂ --------> CaO * H₂0 (3)

CaCO₃ ---------> CaO + C0₂· (4)

Aniž by bylo nutno se blíže zabývat reakčními parametry a probíhajícími reakcemi Je možno konstatovat, že účinnost odsiřování kouřových plynů v kotli je závislá na větším počtu provozních podmínek, které na sobě závisí. Kromě jiného hraje velmi důležitou roli

CS 268 518 B2 druh uhlí, parciální tlak oxidu siřičitého S0₂, přebytek kyslíku v kouřových plynech, reakční teplota, popřípadě reakční teplotní gradient, doba setrvání přísad v zóně spalování, turbulence ve spalovací* prostoru, místo vhánění přísad do spalovacího prostoru, rychlost vhánění přísad a jiné dalěí podmínky, které všechny není možno současně regulovat nebo je možno regulovat jen v ometeném rozsahu. Dále je důležité, že vznikající síran vápenatý se při teplotách nad 1200 °C opět štěpí na oxid siřičitý S0₂ a na oxid vápenatý, a že při teplotách nad 1250 ¾ se částice oxidu vápenatého CaO začínají slinovat, přičemž povrchová plocha přísad se stává neaktivní. Ačkoliv tato metoda, která je zatím ve stadiu pokusů, představuje dobrý začátek řešení tohoto problému, nelze в ní zatím počítat pro hospodárné použití v praxi.

Tuto metodu odstraňování oxidu siřičitého pomocí přidávaných přísad ve spalovacím kotli, ve kterém se spaluje především kamenné černé mhlí, je třeba ještě doplnit řešením odsiřovacího procesu pro spalování hnědého uhlí, při kterém by se přísady к palivu přidávaly ještě před přísunem paliva do spalovacího prostoru. I když je tato technika v poloprovozním měřítku s úspěchem vyzkoušena pro spalování hnědého uhlí, dosahuje se s ní při použití pro spalování černého uhlí podstatně horšího stupně odsíření. Důvodem pro tento nepříznivý výsledek je zřejmě vyšší teplota plemene u spalování černého uhlí, přičemž přidávané přísady, přimíšené к palivu, jsou vystaveny celému teplotnímu spektru plamene a musí procházet teplotními oblastmi, které mohou svým působením vést к rozkladu již vytvořeného síranu a ke slinutí povrchové plochy přísad.

Zkoušeno bylo také zařízení, u kterého byly přísady vháněny do spalovacího prostoru nad oblast plamenů proudem vzduchu. V tomto případě bylo odstranění síry podstatně lepší než při přimíchávání přísad к palivu před spalovacím prostorem. Tato zařízení však pracují uspokojivě jen v malých vyvíječích páry, protože způsob vhánění přísad do spalovacího prostoru vyžaduje zejména při velkých objemech vyvíjených kouřových plynů velkou spotřebu energie pro míšení přísad s palivem, aby se dosáhlo dobrého promíchání reakčních složek. К tomu přistupuje skutečnost, že promíchávání probíhá z větší části v oblasti kotle, ve které nejsou z hlediska teploty a doby prodlevy jednotlivých látek příznivé reakční podmínky pro vázání sloučenin síry.

Zhoršení reakční podmínky se kromě toho vyskytují i ve velkých koti ech s několika hořáky, uspořádanými vedle sebe a nad sebou. Při tomto uspořádání vznikají velmi složité průběhy proudění a teplotní pole. Rozhodující je v tomto případě ta skutečnost, že pro spolehlivější odstranění oxidu siřičitého S0₂ pomocí přísad není možno zajistit optimální teplotu a dobu setrvání pro vháněnou přísadu.

Úkolem vynálezu je vyřešit hospodárný způsob odstraňování sloučenin síry při spalování fosilních paliv a zařízení к provádění tohoto postupu tak, aby při spalování těchto druhů paliv nevznikalo v prostoru kotle výraznější množství oxidů síry S0_ nebo aby nedo_ - x _ t cházelo ke škodlivému působení těchto látek na části tohoto zařízení.

Při provádění postupu snižování obsahu oxidů síry v kouřových plynech ze spalovacích zařízení spalujících jemnozraná paliva podle uvedeného vynálezu se před spalovací komorou v plynotesně uzavřeném reaktoru, představujícím předřazený úsek, zpracovává směs desintegrovaného paliva a desintegrevaného aditiva ve formě vápencové moučky CaCO^, mletého páleného vápna CaO nebo práškovitého hydroxidu vápenatého Ca(OH)₂ za regulovatelné doby zpracovávání a při regulovatelné teplotě, a potom se tato směs dopravuje pomocí spalin do spalovací komory, ve které se Jemnozmné palivo spálí a částice aditiva s naad 8 orb ovanou sírou slinou a odvádí se s popelem, přičemž podstata tohoto postupu podle vynálezu spočívá v tom, Že se jemnozrnné uhlíkaté pevné palivo a aditivum zpracují v oddělených desintegračních procesech, přičemž alespoň 50 % částic aditiva má zrnitost pod 30 /um a alespoň 50 % částic paliva má zrnitost pod 40 ^um, aditivum se přimísí к palivu v množství alespoň čtyřikrát větším, než je obsah síry v uvedeném palivu, a potom se směs aditiva a paliva odvádí v inertní atmosféře chudé na kyslík za regulovatelného přetlaku a při teplotě v rozmezí od 500 do 600 °C a za udržování promíchávání do reaktoru s vířivým nebo fluidním

CS 268 518 B2 3 ložem představujícím předřazený úsek, kde se zpracovává v inertní atmosféře chudé na kyslík při teplotě v rozmezí od 500 do 600 °C, přičemž doba prodlevy se upraví podle probíhajícího termodynamického a reakčně-kinetického procesu převodu síry, načež se palivo zbavené oxidů síry vede ke spálení ve spalovací komoře při zachování vazby sloučenin síry s adltivem až do jejich slinování.

Podstata zařízení к provádění tohoto postupu, které sedává ze spalovací komory s ústrojím pro odstraňování popela a a kouřovodem, dále z předřazeného úseku a z úseku přípravy směsi uhlíkatého paliva a aditiva, spočívá podle uvedeného vynálezu v tom, že úsek přípravy směsi paliva a aditiva je tvořen tlakovou zásobní nádobou, představující zásobník pro horkou směs částic paliva a aditiva, na kterou je napojeno potrubí stlačeného zahřátého inertního dopravního plynu, přičemž tato nádoba je spojena potrubím a vyhřívaným předřazeným úsekem s fluidním ložem a se vstupním potrubím pro kouřový plyn nebo přes dávkovači ústrojí в předřazeným reaktorem s vířivým nebo fluidním ložem, a ve spodní části tlakové zásobní nádoby a před předřazeným úsekem jsou rovněž zařazena dávkovači ústrojí.

Postupem podle uvedeného vynálezu а в použitím navrženého zařízení je možno dosáhnout odstranění podílu síry v uhlíkatém palivu jeětě před spalovací komorou. Tím je možno použít méně kvalitních materiálů pro spalovací komoru a pro vedení kouřových plynů. Za určitých podmínek je možno rovněž provádět odstraňování zbytků sloučenin síry z paliva ve spalovací komoře. Výhodou je rovněž to, že se v předřazeném úseku zamezí karbonizaci paliva před vlastním spalovacím prostorem.

Rozmělňování paliva, například uhlí, se provádí v inertní plynové atmosféře v desintegrátoru, například v zařízení podle patentu DOS 30 34 849 3 ěímž se zamezí samovznícení paliva při jeho rozmělňování.

Rozmělňování přísad je možno rovněž provést v rozměInovacích zařízeních, avěak v samostatném rozmělňovacím procesu, při normální vzduchové atmosféře, popřípadě při kyslíkové atmosféře, přičemž se dosáhne toho, že na částice přísad se naváže kyslík, který potom napomáhá vazbě par síry nebo jejích plynných složek na částice přísad po jejich vypuzení z paliva.

Připravené palivo a přísady, rozmělněné v samostatných rozmělňovacích postupech, se potom vzájemně smísí, přičemž к jemnozmnému palivu se přimísí odpovídající množství čerstvě připravené přísady, úměrné obsahu síry v palivu. Při tomto postupu nelze používat skladované a mezitím zestárlé přísady.

Směs jemnozrnného paliva a vysoce aktivní přísady se potom dopravuje pomocí inertního dopravního plynu, zahřátého na teplotu asi 500 °C až 600 °C, к reaktoru představujícím předřazený úsek před vlastní spalovací komorou, přičemž tato doprava se uskutečňuje při nastavitelném přetlaku 0,4 až 0,6 MPa. Tento přetlak je nutný к tomu, aby se zamezilo zplynění paliva v dopravním potrubí, jehož délka závisí na konstrukčním uspořádání spalovací komory a prostoru před ní. 2 bezpečnostních důvodů se nemá rozmělňovací zařízení pro rozmělňování paliva a přísad umístovat do blízkosti spalovací komory.

Při zaústění dopravního potrubí s vnitřním přetlakem do reaktoru se regulovatelný tlak horkého dopravního plynu ve zvětěeném průřezu reakční komory rázem uvolňuje a pokles tlaku se prostřednictvím řídícího ústrojí využije к vytvoření vířivé zóny, v jejímž vířivém proudění, zpomalujícím aglomeraci částic a rozbíjejícím aglomerované částice, se nastavuje teplota a doba prodlevy tak, aby termodynamický a reakčmě-kinetický proces přestupu síry z paliva na přísadu byl vždy přizpůsoben chemicko-fyzikálním vlastnostem směsi paliva a přísady.

Za těchto podmínek, které jsou nastavovány a regulovány elektronickým procesorem, se uskutečňuje přenos síry z práškového paliva, zahřátého v předřazeném úseku na danou reakční teplotu, na vysoce aktivní reakční přísadu, rovněž zahřátou na reakční teplotu, který je podmíněn tím, že prudkým uvolněním tlaku dopravního plynu na vstupu do reaktoru předřaCS 268 51Θ B2 zeného úseku se současně prudce sníží odpařovací teplota síry a reakční teploty plynných sloučenin síry, takžo síra se téměř úplně uvolní explozivní· odpaření· z jemných částic paliva nebo se plynné sloučeniny síry prudce Štěpí a jsou vázány silně reaktivní přísadou za současného předávání kyslíku do vířivé zóny. Tlak ve vířivé zóně reaktoru se pomocí řídícího ústrojí přede· nastaví na hodnotu 0,025 MPa. Uvolňování prchavých složek paliva se udržuje v •ezích, které v žádné· případě neovlivňují negativně průběh spalovacího procesu.

Jemnozrnné pevné palivo, zbavené ve značné· rozsahu svého obsahu síry, se přivádí společně a uvolněný·! těkavými složkami a částicemi přísad, na kterých je vázána uvolněn ná síra, resp. její sloučeniny, za předřazený· úsekem к hořáku a zde je po obohacení spalovacím vzduchem tato směs vháněna do spalovací-komory. Spalování začíná v důsledku předchozího uvolnění těkavých složek paliva bezprostředně za tryskou hořáku. Za určitých bezpečnostních opatření je proto možno upustit od použití bezpečnostního hořáku.

Vháněním velmi jemnozraných Částic přísad, zahřátých v předřazené· úseku na teplotu mezi 500 a 600 °C, do oblasti plamenů, začínající bezprostředně za vháněcí tryskou, dochází к téměř rázovému slinování a tím ke spečení s nespalitelnými příměsemi paliva, se kterými se tento podíl přísad s vázanou sírou dostává do popela. Pro tento průběh procesu je nutno spalovací teplotu udržovat nižěí než 1860 °C, avSak vyšší než 1250 °C, aby rázovým slinutím zůstala zachována vazba síry na přísadu, avSak aby nemohlo dojít ke Štěpení molekul sloučenin síry na jednotlivé atomy síry termickou energií pocházející z explozivního průběhu jeětě před slinutím, štěpením molekul síry dochází ke spontánní oddělovací reakci a ke ztrátě vazby la přísadu. V oblastech s nižěí teplotou kouřových plynů může zase docházet к tvorbě molekul síry а к reakci se zbytky kyslíku, obsaženými v kouřových plynech, a tím к tvorbě oxidu siřičitého SO^. Při provádění postupu podle vynálezu je takové emisi kouřových plynů s obsahem Škodlivin zamezeno. К dosažení cílů je použito regulování procesu pomocí elektronicky řízeného zařízení.

Postupem podle vynálezu je možno plynné nebo alespoň při určité nastavené teplotě plynné sloučeniny síry, sirovodík nebo organické sloučeniny síry vázat na přísadu. Důležité je, že řízením tlaku a teploty v předřazeném úaeku je možno zamezit karbonizaci paliva, to znamená nežádoucímu úplnému zplynění ještě před spalovacím prostorem.

Pevná přísada není spalitelná, přičemž na základě své zvláštní reakční schopnosti váže na svém povrchu uvolněnou síru nebo plynné sloučeniny síry při předem stanoveném spalovacím teplotním rozsahu, takže nemůže dojít к deeorpci. Výhodou přitom je to, že hořák, vyzdívka spalovací komory a kouřovod pro odtah kouřových plynů, mohou být z méně kvalitního materiálu protože nejsou vystaveny agresivnímu působení oxidu siřičitého jako u až dosud prováděných postupů.

Směs sestávající z nezplyněných částic uhlí, zbavených podílu síry, popřípadě jiného pevného paliva, a částic přisaď 's vázanou sírou se vedou ve vhodně předehřátém stavu do spalovací komory a neodebírají přitom při spalování tolik tepelné energie jako by tonu bylo v případě studené přiváděné směsi částic uhlí a částic přísad.

Při provádění postupu podle vynálezu je možno dosáhnout téměř dokonalého odstranění síry z fosilních paliv před hořákem ve spalovací komoře. Za určitých podmínek může probíhat odstraňování zbytků síry z paliva rovněž i ve spalovací komoře.

Zvláště dobrých výsledků se dosáhne, jestliže se použijí vysoce aktivní přísady, které jsou schopny na sebe vázat síru a které se připraví turbodesintegračnín postupem.

Vypuzovdní síry z paliva a intenzivní reakce vypuzené síry s přísadami se podle vynálezu podpoří tím, že proces převádění síry probíhá ve vířivé zóně, jejíž turbulence vytváří optimální podmínky v této reakční oblasti.

Zařízení pro snižování obsahu oxidů síry S0_x v kouřových plynech ze spalovacích zařízení, ve kterém se provádí postup podle vynálezu, je opatřeno jednotkou pro přívod směsi paliva a jemnozraných částic přísady do spalovací komory a ústrojím pro odvádění popela,

CS 268 518 B2 kterým se společně в popelem odvádí přísady, na které je vázána uvolněná síra, přičemž Je dále vybaveno tlakovou nádobou, vytvořenou ve formě pomocného zásobníku pro horkou směs paliva a částic přísady, připravenou rozmělňováním těchto látek v samostatných rozmělňovacích ústrojích. Tlaková zásobní nádoba je na jedné straně připojena na potrubí pro přívod stlačeného zahřátého inertního dopravního plynu a na druhé straně je přes soustavu pro plnění této nádoby pomocí proudu dopravního plynu směsí částic paliva a přísady napojena na předřazený úsek, zahřívaný na teplotu v rozmezí od 500 do 600 °C za účelem odstranění síry. V tomto předřazeném úseku dochází v důsledku zvětšení průřezu mezí dopravním potrubím a předřazeným úsekem к náhlému uvolnění tlaku. Tím, že je nožno regulačními a odraznými prostředky a/nebo plechovými síty regulovat dobu prodlevy směsi ve vířivé zóně uvnitř předřazeného úseku, je možno dosáhnout postupem podle vynálezu prakticky U každého paliva potřebného stupně odstranění síry.

Teplota uvnitř předřazeného úseku musí být udržována nad rovnovážnou teplotou síry a jejích par, to znamená zejména mezi 500 a 600 °C.

Všechny regulační ventily, směšovací ventily, dávkovači a regulační členy a ústrojí mohou být ovládány elektricky, ale také pneumaticky nebo hydraulicky, popřípadě řídícím počítače», který řídí průběh celého procesu podle údajů měřícího přístroje pro registraci množství oxidu siřičitého SO^ v odtahu kouřových plynů, popřípadě podle údajů teploměru, instalovaného v předřazeném useku.

V zařízení podle vynálezu je nožno dosáhnout optimálního odstranění podílu síry z paliva, aniž by bylo nutno provádět před spalovací komorou úplné zplynění uhlí. Parametry správného průběhu procesu odstraňování podílu síry mohou být pomocí mnoha ovládacích a regulačních prostředků nastaveny na druh použitého paliva, například ulili. Součástí zařízení jsou proto také vhodná měřící ústrojí, vyhodnocovací jednotky a řídící jednotky', a jejichž pomocí může být optimálně nastavena reakční teplota v předřazeném úseku, popřípadě v reaktorech, a také tlak v těchto částech.

Příklady provedení zařízení podle vynálezu jsou zobrazeny na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je znázorněno funkční schéma celého zařízení a na obr. 2 je funkční schéma příkladného provedení zařízení podle vynálezu.

Na obr. 1 je schematicky znázorněno topeniště 2» ^ze kterého je zjednodušeně zobrazena spalovací komora 2 a kouřovod 6. Nad spalovací komorou 2 je uspořádáno například teplovýměnné potrubí 3· Do hořákové Jednotky 4 je přiváděn spalovací vzduch, což je provedeno běžně používaným způsobem prostřednictvím přívodního potrubí 22 pro přívod spalovacího vzduchu a dmychadla 2?·

Pod spalovací komorou 2 je schematicky zobrazeno ústrojí 5 pro odstraňování popela běžně známého provedení. V kouřovodu 6 je umístěn odlučovač 7 prachu a běžně používaný měřící přístroj 8 pro měření obsahu oxidu siřičitého 30?.

Do hořákové jednotky 4 Je dopravním potrubím 9 pro vedení dopravního plynu přiváděno potřebné palivo ve formě plynu nebo částic pevného paliva z předřazeného úseku 27, ve kterém je z Jemnozraného pevného fosilního paliva odstraňována vázaná síra. Ve znázorněném příkladu provedení Je předřazený úsek 27 opatřen dvojitou stěnou 28, která je prostřednictvím prvního potrubí 26 pro topný plyn a výměníku 25 tepla spojena se spalovací komorou 2 a která je také prostřednictvím druhého potrubí 24 pro vedení topného plynu spojena a jednotkou 13 pro odběr spalin, umístěnou v kouřovodu 6. Druhá část potrubí 26 pro vedení topného plynu je zavedena z předřazeného úseku 27 do spalovací komory 2. Pomocí jednotky 13 pro odběr spalin se za odlučovačem 7 prachu odebírá inertní kouřový plyn pomocí dmychadla 15, za kterým se potrubí 14 pro vedení horkých kouřových plynů rozděluje do již zmiňovaného druhého potrubí 24 pro vedení topného plynu a do potrubí 16 pro dopravní plyn.

Ve výměníku 25 tepla se přiváděný podíl kouřových plynů pro zahřívání předřazeného úseku 27 zahřeje na požadovanou teplotu. Za noraálních podmínek panuje v předřazeném useku optimální tlak a dostatečně vysoká teplota, při které dochází к vypuzování sloučením síry z paliva, aniž by přitom docházelo ke zplyňování paliva, například uhlí. Podle veliCS 268 516 B2 kosti předřazeného úseku 27 a podle druhu použitého paliva a přísady pro vázání podílu síry vypuz ováné ho z paliva, se teplota v předřazené· úseku 27 udržuje »ezi 500 °C a 600 °C, ale nad teplotou varu síry. Nastavení potřebné teploty pro daný případ se provádí pomocí běžného regulátoru teploty, který zde není nutno podrobněji popisovat.

Uvnitř předřazeného úseku 27 a v reakční· prostoru oddělené· dvojitou stěnou 28 je udržována vířivá popřípadě fludiní vrstva 29, přičeMŽ tato část je vstupní· potrubí· 30 a regulační· ventile· 3£ napojena na potrubí 16 pro vedení dopravního plynu. Podíl kouřového plynu, který se odvádí dmychadle· 15» Je veden potrubí· 16 pro vedení dopravního plynu přes nasávací filtr 17 а kompresor 18, přes druhý regulační ventil 23 a první regulační ventil 31 do vstupního potrubí 30, popřípadě je část tohoto podílu odvedena odvětvený· potrubí· na vstup 47 dopravního plynu do tlakové zásobní nádoby 44.

Paralelně s druhý· regulační· ventile· 23 je zapojen druhý výměník 20 tepla pro zahřívání dopravního plynu, který »ůže být stejně Jako první výněník 25 tepla uaístěn ve spalovací ko«oře 2. Режос! druhého regulačního ventilu 23 »ůže být teplota dopravního plynu, vedeného odbočkou do vířivé, popřípadě fluidní, vrstvy 29 a také ke vstupu 47 dopravního plynu do tlakové zásobní nádoby 44 nastavena a udržována na potřebné hodnotě. Přito· Je třeba nit na pa»ěti, že spaliny, odebírané po zbavení prachu z kouřovodu 6, již určitou nezanedbatelnou výchozí teplotu nají. Dopravní plyn tedy nemusí být zahříván, což závisí na teplotě okolí.

Ve výhodné· provedení se teplota dopravního plynu v obou případech pohybuje v rozaezí mezi 500 °C a 600 °C. Regulace teploty se provádí například ponocí elektronického řídícího počítače, který bude objasněn v další části.

Plyn přiváděný vstupní· potrubí» 30 do předřazeného úseku 27 se využije pro vytváření vířivé, popřípadě fluidní, vrstvy 29, Jejíž intenzita víření se ovlivňuje první· regulační· ventile· 31«

Kro»ě toho je zařízení opatřeno dávkovači· ústrojí· 39, který· Je »ožno provádět další regulaci vířivé, popřípadě fluidní, vrstvy 29 uvnitř předřazeného úseku 27, například regulací tlaku uvnitř předřazeného úseku 27.

^roníchaná sně8 Částic paliva a přísad se přivádí do předřazeného úseku 27 dopravní· potrubí· 49 pro dopravní plyn z tlakové zásobní nádoby 44, opatřené vstupní· šoupátke· 45 a výstupní· Šoupátko» 46 pro spolehlivé uzavření a napojení prostřednictví» dopravního potrubí 42 na neznázorněné »ísící zařízení pro vzáje»né nísení uhelného prachu a částic přísad. Potrubí» 43 « příslušný» regulační» ventile» 48 je aožno do dopravního potrubí 42 podle potřeby přivádět určitá Množství dalších přísad.

Podle výhodného provedení zařízení podle vynálezu Je výstupní šoupátko 46 zařazeno za dávkovači· ústrojí» 38.

Všechny regulační ventily, předevšía oba regulační ventily 23 a 3]. a regulační ventil 48, a také dávkovači ústrojí 38 »ohou být řízeny schenaticky znázorněný· řídící» počítače» 55 v závislosti na signálech Měřícího přístroje 8 pro »ěření obsahu oxidu siřičitého v kouřovodu 6, popřípadě na teplotě v předřazené· úseku 27, takže reakce v předřazené· úseku 27, to znamená oddělování síry z paliva a její vázání na částice aditiva, probíhá plně pod kontrolou elektronického řídícího počítače 55.

Jestliže například obsah oxidu siřičitého stoupá je nožno otevření· regulačního ventilu 48 přidávat do s»ěsi v dopravní· potrubí 42 větší nnožství přísad. Teploněrea 2^, uaístěný» například v předřazené· úseku 27, je Možno ovlivňovat průběh teplot elektronický» řídící» počítače» 55, který řídí otevření regulačních ventilů 2J а 3K Elektronický řídící počítač 55 je funkčně propojen také s dávkovači» ústrojí» 3θ a 39, aby se dosáhlo ovlivnění doby setrvání saěsi v předřazené» úseku 27. Do rozsahu vynálezu rovněž náleží i alternativní řešení, podle kterého je aožno provádět řízení, popřípadě regulaci odsiřování paliva, před spalovací ko»orou 2 také poaocí jiných regulačních prvků, popřípadě také ručně. Před a za předřazený» úseke» 27 je uspořádáno dávkovači ústrojí 34 a regulační

CS 268 518 B2 člen 59, které jsou rovněž napojeny na elektronický řídící počítač 55. Pomocí těchto orgánů je možno dosáhnout přesného nastavení doby setrvání směsi v předřazeném úseku 27 a také vnitřní tlak.

Na obr. Г Je znázorněn schematicky funkční princip zařízení sloužící к ilustrování postupu podle vynálezu, kterým se provádí odstraňování síry z paliva, a zařízení к provádění tohoto postupu. Důležité Je, Že mezi předřazeným úsekem 27 a hořákovou jednotkou 4 je pouze krátký úsek potrubí, přičemž účelem tohoto řeěení je, aby se směs paliva a přísad nemohla znovu ochladit. Z příkladu na obr. 2 Je patrno, že pomocí poměrně jednoduchých prostředků je možno provádět odstraňování síry z paliva pomocí popsaného zařízení jak na nových spalovacích zařízeních, tak také ve stávajících topeništích 1. Ve všech případech použití se dosahuje podstatné až úplné odstraněmí sloučenin síry z paliva ještě před hořákovou Jednotkou 4. Přitom se podstatně omezují emise oxidu siřičitého ve spalovacím prostoru a v kouřovodu 6 a tím se také omezuje nebo vůbec odstraňuje znečišťování a poškozování těchto částí kotle. К úniku oxidu siřičitého SO^ do atmosféry vůbec nedochází.

Výhodné provedení zařízení podle vynálezu je pomocí svého provozního schematického zobrazení ilustrováno na obr. 2.

Pokud se v zařízení podle obr. 2 nacházejí stejné části zařízení Jako u zařízení na obr. 1 a Jestliže tyto části mají také stejné provedení a funkci, potom jsou označeny stejnými vztahovými značkami jako zařízení podle obr. I.

Novým opatřením ve srovnání s provedením zařízení podle obr. 1 Je to, že do potrubí 16 pro vedení dopravního plynu Je za kompresorem 18 zařazen tlakový zásobník 19 pro stlačený dopravní plyn, na jehož výstupu je připojen třetí regulační ventil 54 pro dopravní plyn. V části potrubí navazující na třetí regulační ventil 54 může být zapojen měřící přístroj 56 pro měření obsahu kyslíku, který v případě příliš vysokého obsahu kyslíku v potrubí 16 pro dopravní plyn otevírá nebo opět uzavírá pomocí Čtvrtého regulačního ventilu 51 zdroj inertního plynu, aby do potrubí 16 proudilo více nebo méně inertního plynu. Přitom Je podle řešení zajištěno, aby nemohlo dojít ke vzplanutí směsi částic paliva a přísad Ještě před předřazeným úsekem 27, představují cín v tomto provedení reaktor 32.

Za dalším ventilem, to znamená za pátým regulačním ventilem 52 se dopravní potrubí 16 pro dopravní plyn dělí. Obtokové potrubí 41 je vedeno topnou jednotkou 37, ve které se dopravní plyn zahřívá.

Ze směšovacího ventilu 53 odbočuje potrubí 40 pro dopravní plyn temperovaný na obvyklou teplotu, které se před vstupem 47 dopravního plynu do tlakové zásobní nádoby 44 opět spojuje s obtokovým potrubím 41. Pátý regulační ventil 52 a směšovací ventil 53 mohou být ovlivňovány měřícím přístrojem 8 pro měření obsahu oxidu siřičitého, Jehož signály jsou přiváděny na řídící počítač 55 ke správnému nastavení teploty dopravního plynu, kterým se dopravuje směs částic paliva a aditiva zahřátá na vhodnou teplotu. Topná jednotka 37 může být uspořádána ve spalovací komoře 2. V tomto příkladném provedení je vestavěna do dvojité stěny 28 reaktoru 32 з vířivým ložem, který je zahříván horkým plynem, přiváděným potrubím 26 pro přívod topného plynu, ve kterém je zařazen regulační ventil 58, který je ovládán například teploměrem 57 v reaktoru 32 s vířivým ložem. Druhá část potrubí 26 pro vedení topného plynu je zavedena z reaktoru 32 do spalovací komory 2. Reaktor 32 v tomto provedení představuje předřazený úsek.

Teplota v reaktoru 32 s vířivým ložem Je nastavována vždy podle druhu spalovaného paliva. V principu musí být tato teplota nastavena na tak vysokou hodnotu, že зе bezpečně uvolní sloučeniny síry od částic paliva. Ve výhodném provedení se teplota uvnitř reaktoru 32 в vířivou vrstvou udržuje nad teplotou varu eíry. Rychlého a účinného výsledku je možno dosáhnout v případech, kdy se teplota uvnitř reaktoru 32 s vířivým ložem udržuje v rozmezí od 500 °C do 600 °C.

Vstup 33 do reaktoru 32 s vířivým ložem Je spojen přes dávkovači ústrojí 34, spojené

CS 268 51Θ B2 s řídícím počítače» 55> a/nebo druhé dávkovači ústrojí 39 a dopravní potrubí 49 pro vedení dopravního plynu 3 výetupen tlakové zásobní nádoby 44. .

Uvnitř reaktoru 32 s vířivý» lože» а s řízenou vnitřní teplotou je uspořádáno regulační, popřípadě UB»ěriovací ústrojí 36, za který» se vytváří vířivé lože 35 za po»oci dopravního plynu obsahujícího vzájenně pronísené částice paliva a přísad. Ve vířivé» loži 35 dochází к vypuzování sloučenin síry a paliva, přiče»ž tyto složky jsou ihned vázány přísadami. Doba setrvání částic v to»to vířivé» loži 35 se upravuje poaocí dávkováčího ústrojí 34 a/nebo po»ocí druhého dávkovacího ústrojí 39, avšak také pomocí regulačního členu 59 za předřazený» úseke» představující» v to»to provedení reaktor 32, přičemž nastavování těchto jednotek se provádí například řídící» počítače» 55. V důsledku řízení teploty, prudkého poklesu tlaku a nastavení doby setrvání částic vážou na sebe přísady sloučeniny síry. Pokud by se sloučeniny síry uvolňované z částic paliva nezachycovaly v potřebné» rozsahu na povrchové ploše částic aditiva, vytvářelo by se ve spalovací» prostoru nadměrné množství oxidu siřičitého, které by bylo analyzováno měřící» přístroje» 8 pro měření obsahu oxidu siřičitého v kouřových plynech. Tato skutečnost by poto» vyvolala nezbytná regulační opatření, kterým je buň přidání většího množství aditiva do dopravního potrubí 42 prostřednictví» regulačního ventilu 48, nebo prodloužení doby setrvání částic v reaktoru 32 3 vířivý» lože» 35 nebo zvýšení reakční teploty, popřípadě zněna tlakového rozdílu »ezi dopravní» potrubí» 49 a předřazený» úseke», tvořený» v tento provedení reaktore» 32.

V dopravní» potrubí 42 pro dopravu pro»ísených částic paliva a přísad nůže být zvyšován obsah přísad jejich přidávání» prostřednictví» přídavného potrubí 43 a regulačního ventilu 48. Regulační ventil 48 je ve znázorněné» příkladném provedení rovněž připojen na řídící počítač 55, přičemž účelem tohoto opatření je zajištění trvalého přebytku přísad ve směsi s palivea, který je potřebný pro odstranění podílu síry. Výhodné je provedení, podle kterého je к vázání podílu síry к dispozici čtyřnásobek množství aditiva vzhledem к množství síry přítomné v palivu.

Do rozsahu vynálezu rovněž náleží varianta řešení, podle které nohou být zařízení zobrazená v příkladech provedení na obr. 1 a 2 vzájemně kombinována, to znamená jestliže to použité palivo vyžaduje, je možno za reaktorem 32 s vířivý» ložem 35 provádět v předřazeném úseku zbytkové odsiřování paliva, dříve než by došlo ve spalovací komoře 2 ke škodlivému spálení síry na oxid siřičitý. Ve výhodném provedení podle vynálezu se jako částice paliva používají částice uhlí ve formě prachu, které mohou být připraveny například v turbodesintegračním ústrojí s nárazovou rychlostí přes 100 m/s, a které obsahují částice, jejichž velikost je pokud »ožno z 50 % menší než 40 yom. Zvláště dobrých výsledků se dosahuje, jestliže příprava částic uhlí probíhá při nárazové rychlosti přes 200 »/s. Při takové přípravě se dosahuje z hlediska odstraňování síry při daných teplotách vysoce aktivního uhelného paliva. Povrch částic uhlí není při tomto rozmělňování zmenšen jako je tomu například při mletí v kulových mlýnech, ale je naopak pro postup odsiřování vhodně rozrušen a zvětšen. Úprava teploty, která se zpravidla provádí v předřazeném úseku podporuje pouze vypuzování síry, avšak nedochází ke zplyňování uhlí nebo jiného paliva. Na krátké» úseku nezi předřazeným úsekem 27 a spalovacím prostorem ve spalovací komoře 2 nedochází tedy ke koksování palivových částic, ale zůstává zachováno plnohodnotné palivo zbavené podílu síry.

Vysoce aktivní přísady zachycující sloučeniny síry, například vápencová moučka, vápenná moučka, práškový hydroxid vápenatý, se získávají rovněž přípravou těchto přísad pomocí turbodesintegrátoru při nárazové rychlosti až přes 200 m/s. Při této přípravě se dosahuje takové velkosti částic, že 50 % těchto Částic je menších než 30 ^um. částice přísad nemají zmenšenou povrchovou plochu, jako je tomu například při rozmělňování těchto látek v kulových mlýnech, ale jsou vysoce aktivní a mohou na sebe vázat při udržované teplotě a při nastavené době prodlevy uvolněné sloučeniny síry.

Zařízení podle vynálezu aůže být bez problémů nastaveno a seřízeno na různé druhy

CS 268 518 B2 paliv. Je také možno složky částic paliva a částic přísad ve směsi měnit a také teplotu a dobu prodlevy nastavit podle daného použitého paliva a podle obsahu síry v touto palivu. Odebíráním dopravního plynu z kouřovodu 6 se získává pro dopravu částic plyn, který má velmi malý obsah kyslíku. Směs némůže při této pneumatické dopravě vzplanout. Jestliže obsah kyslíku v dopravním plynu překračuje hodnoty, které jsou z bezpečnostních důvodů pokládány za mezní, Je možno к odebíranému kouřovému plynu přidávat inertní plyn.

Dříve než se takto upravené palivo spálí ve spalovacím prostoru Je prakticky zbaveno veškerého podílu síry, takže ve spalovacím prostoru nemůže vznikat žádný oxid siřičitý.

Pro oba příklady provedení platí ještě následující předpoklady: palivo a přísady se připravují v samostatných rozměInovacích procesech. Přitom se příprava, popřípadě rozmělňování paliva provádí v inertní atmosféře, aby se zamezilo především samovznícení paliva. Příprava přísad naproti tomu probíhá v normální atmosféře s obsahem kyslíku, ve které se kyslík váže na Částice přísad a přispívá v podstatné míře к aktivaci částic přísad při současném podporování vázání složek síry na povrchu částic aditiva.

Claims (19)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU* .

   1. Způsob snižování obsahu oxidů síry v kouřových plynech ze spalovacích zařízení spalujících Jemnozmná uhlíkatá pevná paliva, při kterém se před spalovací komorou v plynotěeně uzavřeném reaktoru představujícím předřazený úsek zpracovává směs deaintegrovaného paliva a de s integrované ho aditiva ve formě vápencové moučky CaCO^, mletého páleného vápna CaO nebo práškovitého hydroxidu vápenatého Ca(OH)₂, za regulovatelné doby zpracovávání a při regulovatelné teplotě, a potom se tato směs dopravuje pomocí kouřového plynu do spalovací komery, ve které se jemnozmné palivo zbavené síry spálí a částice aditiva в naadsorbovanou sírou slinou a odvádí se s popelem, vyznačující se tím, že se palivo a aditivum zpracují v oddělených desintegračních procesech, přičemž alespoň 50 % Částic aditiva má zrnitost pod 30 y-un a alespoň 50 % částic paliva má zrnitost pod 40 /Um, aditivum se přimísí к palivu v množství alespoň čtyřikrát větším, než je obsah síry v uvedeném palivu, a potom se směs aditiva a paliva odvádí v inertní atmosféře chudé na kyslík za regulovatelného přetlaku a při teplotě 500 °C až 600 °C a za udržování promíchávání do reaktoru s vířivým nebo fluidním ložem, představujícím předřazený úsek, kde se zpracovává v inertní atmosféře chudé na kyslík při teplotě 500 °C až 600 °C, přičemž doba prodlevy směsi se upraví podle probíhajícího termodynamického a reakčně kinetického procesu převodu síry, načež se palivo zbavené oxidů síry vede ke spalování ve spalovací komoře při zachování vazby sloučenin síry na aditivum až do jejich slinování.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že doprava směsi jemnozrnného uhlíkatého paliva a jemnozmného aditiva se provádí zahřátým inertním plynem chudým na obsah kyslíku.
3. 3. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že pro dopravu směsi jemnozmného uhlíkatého paliva a jemnozraného aditiva а к zahřátí předřazeného úseku se z kouřovodu odebírá inertní kouřový plyn zbavený prachu.
4. 4. Způsob podle bodu 3> vyznačující se tím, Že část z odebíraného množství kouřového plynu se zahřeje na teplotu 500 °C až 600 °C a před použitím této části plynu pro dopravu směsi Jemnozrnného paliva a aditiva se tato část plynu smísí s podílem nezahřátého plynu pro regulaci jeho teploty.
5. 5. Způsob podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že plyn pro dopravu směsi uhlíkatého paliva a aditiva má přetlak 0,4 až 0,6 MPa.
6. 6. Způsob podle bodů 1 až 5, vyznačující se tím, že poměr množství jemnozmného uhlíkatého paliva a aditiva ve směsi se určuje podle množství oxidu siřičitého v kouřovodu ze spalovací komory.
7. 7. Způsob podle bodů I až 6, vyznačující se tím, Že к plynu určenému к dopravování směsi uhlíkatého paliva a aditiva se při nepřípustném zvýšení obsahu kyslíku přidává inertní plyn.
8. 8. Způsob podle bodů 1 až 7, vyznačující se tím, že spalování uhlíkatého paliva se provádí při teplotě v rozmezí od 1250 °C do 1860 °C.
9. 9. Způsob podle bodů 1 až 8, vyznačující se tím, že se v předřazeném úseku rázově sníží tlak plynu pro dopravu směsi uhlíkatého paliva a aditiva z přetlaku 0,4 až 0,6 MPa na 0,025 MPa.
10. 10. Zařízení к provádění způsobu podle bodů 1 až 9, sestávající ze spalovací komory 8 ústrojím pro odstraňování popela a β kouřovodem, dále z předřazeného úseku a z úseku přípravy směsi uhlíkatého paliva a aditiva, vyznačující se tím, že úsek přípravy směsi paliva a aditiva Je tvořen tlakovou zásobní nádobou (44), představující zásobník pro horkou směs částic paliva a aditiva, na kterou je nepojeno potrubí (16) stlačeného zahřátého inertního dopravního plynu, přičemž tato nádoba Je spojena potrubím (49) β vyhřívaným předřazeným úsekem (27) s fluidním ložem (29) a se vstupní» potrubím (30) pro kouřový plyn nebo přes dávkovači ústrojí (34) в předřazeným reaktorem (32) s vířivým nebo fluidCS 268 51S B2

    1 1 ním ložem (35), a ve spodní části tlakové zásobní nádoby (44) a před předřazeným úsekem (27) Jsou rovněž zařazena dávkovači ústrojí (34) a (38).
11. 11. Zařízení podle bodu 10, vyznačující se tím, že v kouřovodu (6) spalovací komory (2) Je za odlučovačem (7) prachu umístěna odběrná jednotka (13), která Je spojena potrubím (14) s dmychadlem (15)·
12. 12. Zařízení podle bodů 10 až 11, vyznačující se tím, že za dmychadlem (15) se potrubí (14) pro vedení kouřových plynů rozděluje na potrubí (16) pro vedení kouřových plynů a na potrubí (24) pro vedení topného plynu.
13. 13. Zařízení podle bodů 10 až 12, vyznačující se tím, že potrubí (24) pro vedení topného plynu je přes výměník (25) tepla, umístěný ve spalovací komoře (2), vyvedeno do dvojité stěny (28) v předřazeném úseku (27)·
14. 14. Zařízení podle bodů 10 až 13, vyznačující se tím, Že ve vyhřívaném předřazeném reaktoru (32) je uspořádána topná jednotka (37).
15. 15. Zařízení podle bodů 10 až 14, vyznačující se tím, že potrubí (16) pro vedení kouřového plynu je přes kompresor (18) zavedeno do tlakového zásobníku (19), přičemž výstup z tlakového zásobníku (19) je přes regulační ventil (54) a směšovací ventil (53) a regulační ventil (52) pro regulaci tlaku a teploty dopravního plynu napojen na tlakovou zásobní nádobu (44), přičemž před směšovacím ventilem.(53) odbočuje z potrubí (16) pro dopravní plyn obtokové potrubí (41), které je vedeno přes topnou jednotku (37) v reaktoru (32), a které je potom před zaústěním do tlakové zásobní nádoby (44) spojeno s potrubím (40) pro dopravní plyn.
16. 16. Zařízení podle bodů 10 až 15, vyznačující se tím, že výstup z tlakového zásobníku (19) je přes regulační ventil (51) spojen se zdrojem (50) inertního plynu.
17. 17. Zařízení podle bodů 10 až 16, vyznačující se tím, že vstup a výstup tlakové zásobní nádoby (44) je uzaviratelný vstupním šoupátkem (45) a výstupním šoupátkem (46).
18. 18. Zařízení podle bodů 10 až 17, vyznačující se tím, že do potrubí (16) pro dopravní plyn je zapojeno potrubí od zdroje (50) inertního plynu 3 regulačním ventilem (50 spojeným 3 měřícím přístrojem (56) pro měření obsahu kyslíku v potrubí (16).
19. 19. Zařízení podle bodů 10 až 18, vyznačující se tím, že v kouřovodu (6) je umístěn měřící přístroj (8) pro měření obsahu oxidu siřičitého, který je společně s teploměrem (21) umístěným v předřazeném úseku (27) spojen prostřednictvím řídícího počítače (55)

    3 regulačním ventilem (54) pro dopravní plyn za tlakovým zásobníkem (19), a dále je na řídící počítač (55) napojen regulační ventil (23) pro dopravní plyn v potrubí (16), regulační ventil (48) v potrubí (43) pro přivádění přísad do tlakové zásobní nádrže (44), dávkovači ústrojí (34, 59) před a za předřazeným úsekem (27) nebo za předřazeným reaktorem (32), dávkovači ústrojí (3Q) ve spodní části tlakové zásobní nádrže (44) a dávkovači ústrojí (39) před předřazeným úsekem (27).