FI76931B

FI76931B - Foerfarande foer rening av roekgaser.

Info

Publication number: FI76931B
Application number: FI865084A
Authority: FI
Inventors: Ari Asikainen; Pekka Riala; Eija Moilanen
Original assignee: Imatran Voima Oy
Priority date: 1986-12-12
Filing date: 1986-12-12
Publication date: 1988-09-30
Also published as: AU1049488A; WO1988004196A1; FI865084A0; FI865084A

Description

76931 1 Savukaasujen puhdistusmenetelmä Förfarande för rening av rökgaser 5 Keksinnön kohteena on menetelmä savukaasujen puhdistamiseksi, jossa menetelmässä kattilan tulipesään kuljetetaan absorptloalne ja kyseisen aineen annetaan reagoida savukaasujen rikin kanssa, savukaasut kuljetetaan edelleen kattilan tulipesästä poistokanavaa pitkin eslerottimeen, joka erottaa rikin kanssa reagoimattoman absorptioalneen savukaasusta ja 10 kuljettaa kyseisen reagoimattoman tuotteen erilliseen hydratointi-yksikköön.

Tunnetaan useita menetelmiä polton yhteydessä syntyvien rikkiyhdisteiden, erityisesti rikkidioksidin poistamiseen savukaasusta. Tunnetaan 15 menetelmiä, jossa rikki sidotaan kalslumpltoiseen reagensslin. Tunnetaan esim. ns. märkä kalkklkivimenetelmä ja puolikuiva kalkin käyttöön perustuva puhdistusmenetelmä. Tunnetaan myös ns. kuivia rikinpoisto-menetelmiä, jotka perustuvat tulipesäinjektlon käyttöön. Joissakin menetelmissä tulipesässä tapahtuvaa rikinpoistoa on täydennetty reak-20 torilla tai letkusuodattimella. Absorptioalneen hyväksikäyttöastetta on niissä pyritty nostamaan takaisinkierrätyksellä.

Keksinnön päämääränä on nimenomaan savukaasujen puhdistusmenetelmä, jossa voidaan puhdistaa polton yhteydessä savukaasut rikkiyhdisteistä 25 ja nimenomaan voidaan poistaa rikkidioksidi savukaasusta.

Keksinnön päämääränä on myös menetelmä, jossa pystytään hyödyntämään kattilan tulipesässä vapautuvaa lämpöä karbonaatikiven hajottamisessa reaktioherkemmäksi oksidiksi.

30

Keksinnön päämääränä on myös sellainen menetelmä, jota voidaan soveltaa niin kiinteille, nestemäisille kuin kaasumaisille polttoaineille tarkoitetuille polttolaitteille.

35 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista, että esierottimeeta erotettu kiintoaine hydratoldaan ja saatetaan rikin kanssa reagoimaan muotoon ja siirretään myötävirtaan reaktoriin, joka si- 2 76931 ^ jaitsee savukaasujen esierottimen jäljessä savukaasujen kulkusuuntaan nähden.

Keksinnön mukaisella myötäkytkennällä saavutetaan lukuisia etuja. Käsi-5 teltävät kilntoainemäärät hydratoinnissa pysyvät pieninä, jolloin laitteet ovat yksinkertaisempia ja siten halvempia, kuin tekniikan tason mukaiset laitteet. Varsinainen pölynerotuslaitteisto ei kuormitu, koska kierrätystä ei suoriteta. Tällöin keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa helposti myös olemassa oleviin laitoksiin ilman suodatinmuu-10 toksia. Keksinnön mukaisella myötäkytkennällä pölypitoisuus reaktoriin menevässä kaasussa pienenee huomattavasti esierotuksen ansiosta, jolloin reaktorin kaasun koskettamien osien mekaaninen kuluminen on pientä. Lisäksi reaktorin likaantuminen on esierotuksen myötä pienempää kuin tapauksessa, jossa esierotusta ei tehtäisi.

15

Keksinnön mukaisessa menetelmässä rikin sitominen tapahtuu kahdessa vaiheessa.

Keksinnön mukaisesti kuljetetaan kattllarakenteen tulipesään savukaasu-28 jen yhteyteen absorptioaine, joka keksinnön yleisessä suoritusmuodossa voi muodostua jauhemaisesta karbonaattlklvestä, joka sisältää alkali-ja/tai maa-alkalimetalleja. Karbonaattikivi hajoaa tulipesän lämmön vaikutuksesta vastaavaksi oksidiksi. Keksinnön eduilleimmassa suoritusmuodossa käytetään kalslumkarbonaattla, jolle myös seuraavasea olevat reak-25 tioyhtälöt on esitetty.

Ensimmäisessä valheessa kattilan tulipesään puhalletaan hienoksi jauhettua kalkkikiveä 900°C - 1200°C:n lämpötilaan, jolloin kaleiumkarbonaatti hajoaa reaktioyhtälön (1) mukaan: 30

CaC03-»CaO + CC>2 (1)

Osa näin muodostuneesta kalsiumoksidista reagoi edelleen rikkidioksidin kanssa (2), 35

CaO + S02 + l/202 ->CaS04 (2) 3 76931 f Tällöin syntyy kalsiumsulfaattia. Tulipesässä reagoivan rikin osuus voi olla 10-70 % kokonaisrikkimäärästä. Käytettäessä hiilen sisältämään rikkiin nähden taloudellisesti järkevää reagensslmäärää tulipesässä tapahtuva rikinerotus on tällöin noin 30-50 Z kokonais S02~määrästä. Jotta 5 asetetut emissionormlt voidaan alittaa, on rikin sitomista useimmiten täydennettävä kattilan jälkeen tapahtuvassa käsittelyssä.

Menetelmän toisessa vaiheessa reagoimaton CaO ja reaktiotuotteet kulkeutuvat savukaasun mukana ulos kattilasta ja joutuvat esierottimeen.

10 Esierottlmena voidaan käyttää kaikkia kuivia pölynerotuslaltteita.

Esierottimen valinta ja mitoitus riippuu olennaisesti käytetyn polttoaineen tuhkapitoisuudesta ja polttotavasta. Mikäli polttoaineessa on vähän tai ei lainkaan tuhkaa, ei erityisvaatimuksia esierottimelle ole. Erotusasteen on oltava riittävä, jotta tarpeeksi suuri määrä kalkkia 15 saadaan erotettua savukaasusta jatkokäsittelyyn.

Mikäli polttoaine sisältää runsaasti tuhkaa ja polttotapa on sellainen, että valtaosa siitä joutuu savukaasujen mukaan (pölypoltto), on edullista eslerotin tehdä selektiiviseksi. Edullisesti syklonierotin mitoitetaan 20 tällöin siten, että ainoastaan sopivaa hiukkaskokoa suuremmat partikkelit erotetaan. Tällöin pystytään pienentämään oleellisesti jatkokäsittelyyn menevää massavirtaa.

Kun tulipesään puhallettavan kalkkikiven partikkelikoko on valittu sopi-25 vaksi lentotuhkaan nähden, joutuu vain pääasiassa CaO:ta sisältävä fraktio jatkokäsittelyyn. Rikinpoiston jatkoreaktioiden kannalta tarpeettomat tuhka- ja CaSO^-partikkelit kulkeutuvat sen sijaan savukaasun mukana.

30 Jatkokäsittelyssä erotettu fraktio hydratoidaan joko märkänä tai kuivana alla olevan yhtälön mukaisesti.

CaO + H20 -> Ca(0H)2 (3) 35· Hydratointi on välttämätöntä, jotta savukaasuissa vielä jäljellä oleva S02 saadaan reagoimaan ja poistettua kaasusta.

4 76931 1 Märkähydratoinnissa erotettu fraktio johdetaan säiliöön ja sekoitetaan veteen, jota pidetään hämnentimen avulla jatkuvassa kiertoliikkeessä. Säiliössä tapahtuu yhtälön (3) reaktio. Osa kalsiumista liukenee veteen, suurimman osan pysyessä kuitenkin suspensiona.

5 Säiliöstä suspensio pumpataan reaktoriin, jossa tapahtuu SO^tn reagoiminen ja kiintoaineen kuivaus. Suspension sumutus reaktoriin voidaan tehdä tunnettuja rotaatio- tai painehajotteisia suuttimia käyttäen. Reaktoriin menevää nestemäärää säädellään siten, että lämpötila reaktorin jälkeen 10 on suurempi, kuin vesikastepisteen lämpötila, mutta kuitenkin riittävän lähellä sitä tehokkaan SO2 absorption varmistamiseksi. SC^-erotus tapahtuu pääasiassa yhtälön (4) mukaisesti.

Ca(OH) 2 + S02 -» CaS03 + 1^0 (4) 15

Kuivassa hydratointivaihtoehdossa erotettuun fraktioon johdetaan vesihöyryä, joka saa aikaan reaktion (3). Pölyä on höyrypuhalluksen aikana sekoitettava intensiivisesti esim. kuviossa esitetynlaisella ruuvisekoit-timella. Jauhatus ennen ruuvia parantaa pölyn hydratointiominaisuuksia. 20 Hydratointi ja jauhatusvaiheet on mahdollista myös yhdistää käyttämällä edullisesti höyryn avulla toimivaa suihkujauhatueta. Vapautuva höyry johdetaan hydratointilaitteesta suoraan reaktoriin.

Hydratoitu pöly puhalletaan kantoilman avulla reaktoriin. Ennen pölyn 25 sekoitusta on edullista jäähdyttää savukaasua veslsulhkutuksella, jotta luotaisiin hyvät reaktio-olosuhteet.

Reaktorin jälkeen lentotuhka ja reaktiotuotteet erotetaan savukaasuista. Erotin voi olla esim. sähkö- tai letkusuodatln. Letkusuodatinta käytet-30 täessä tapahtuu rikin sltoutumlsreaktiota myös letkun pinnalle muodostuvassa pölykerroksessa.

Keksinnön mukaisen menetelmän etuna esim. märkämenetelmään nähden on yksinkertainen ja siten hinnaltaan edullinen laitteisto, jätevedettömyys 35 ja kuiva lopputuote. Puolikuivaan menetelmään verrattuna ratkaisevana etuna on halvempi absorptioaine ja laitteisto on konstruktlivlsesti yksinkertaisempi ja hinnaltaan edullisempi. Keksinnön mukaisen menetelmän 5 76931 1 eräs edullinen suoritusmuoto perustuu nimenomaan kalkkikiven käyttöön absorptioaineena, jonka vuoksi käyttökustannukset jäävät tuntuvasti pienemmiksi.

5 Sellaisin rikinpoistomenetelmiin verrattuna, jotka perustuvat tulipesä-injektion käyttöön ja sellaisiin menetelmiin verrattuna, joissa tulipesäs-sä tapahtuvaa rikinpoistoa on täydennetty reaktorilla tai letkusuodatti-mella, on keksinnön mukaisen menetelmän etuja ja olennaisia eroja injek-tiotuotteen hallittu aktivoiminen erillisessä prosessissa, jolloin kek-10 sinnön mukaisella menetelmällä taataan hyvä rikinerotuskyky ja myötä-kytketty kiintoaineen virtaus prosessissa.

Keksintöä selostetaan seuraavassa viittaamalla piirustusten kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin edullisiin suoritusmuotoihin, joihin 15 keksintöä ei ole tarkoitus kuitenkaan yksinomaan rajoittaa.

Kuviossa 1 ja 2 on esitetty menetelmä kaaviomalsesti.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä sen eräässä edullisessa suorltusmuo- 20 dossa syötetään kalkkikivijauhoa siten, että se kalsinoituu kalsium- oksidiksi (CaO) . Tällöin osa rikistä reagoi välittömästi Ca0:n kanssa.

Tällöin muodostetaan kalsiumsulfaattia CaSO.. Keksinnön mukaisesti on

A

reaktiotuotteet ja lentotuhka kuljetettu keksinnön mukaisessa menetelmässä savukaasujen mukana kattilan jälkeiseen rikinpoistoyksikköön, 25 jossa ensin tapahtuu reagoimattoman Ca0:n selektiivinen eslerotus.

Esierotettu kalsiumoksldi (CaO) hydratoldaan keksinnön mukaisesti käyttäen myötävirtaperiaatetta ja suorittaen hydratointi erillisenä prosessina niin, että tuotetaan reaktiivinen kalslumhydroksidi (CaCOH)^), joka kuljetetaan myötävirtaan reaktoriin. Keksinnön mukaiseen hydratolntl-30 prosessiin johdetaan vain eniten kalsiumoksidla sisältävät partikkelit lentotuhkan ja tullpesässä syntyneiden CaSO^ pltoisten partikkeleiden kulkeutuessa savukaasun mukana kanavaa a^ pitkin suoraan reaktoriin 16.

Keksinnön mukaisessa myötävirtaprosessissa synnytetty CaiOH^ puhalletaan 35 edullisesti veslruiskutuksella jäähdytettyyn savukaasuun, jolloin jäljellä oleva SO^ reagoi pääasiassa kalslumsulfiitiksl (CaSO^). Lopuksi kilnto- 6 76931 1 aineet puhdistetaan savukaasusta edullisesti sähkö- ja/tal letkusuotti-messa.

Kuviossa 1 on merkitty siiloa absorptloalneelle, edullisimmin kalkki-5 kivelle viitenumerolla 1. Siilon alaosassa sijaitsee absorptloaineen annostelulaite 2. Kuljetusilmapuhallin 3 puhaltaa kantoilman, johon on sekoitettu absorptioaine kattilan 4 tulipesään. Palamlsllma ja hiili tuodaan kanavia 5 pitkin. Edullisimmassa suoritusmuodossa on kattila pölypolttokattlla. Mutta myös on mahdollista suoritusmuoto, jossa kat-10 tila on ns. arinakattila tai yhdistetty arina/pölypolttokattila, jolloin arinaa on merkitty kuten kuviossa viitenumerolla 6. Kanavaa 7 pitkin otetaan kattilasta kuona ulos. Savukaasut johdetaan kattllarakenteesta savukaasukanavaa a pitkin savukaasun esierottimeen 8. Edullisimmassa suoritusmuodossa esierotln 8 muodostuu syklonista. Lajitellut partikke-15 lit erotetaan välisliloon 9. Sulkulaite 10 ollen edullisesti ns. sulku-syötin, jakaa välisiilosta 9 siihen esierottimesta 8 tulleen fraktion sekoitussäiliöön 11. Veden syöttö prosessiin tapahtuu linjaa 15 pitkin ja vesi syötetään kyseistä linjaa pitkin sekoitussäiliöön 11. Sekoitus-säiliöstä 11 kuljetetaan hydratoitu aine CaCOH)^ pumppulaitteen 12 kul-20 jettamana säätöventtiilin 14 kautta reaktoriin 16. Reaktoriin 16 voidaan edullisesti tuoda sumutuksessa mahdollisesti tarvittava apuaine esim. ilma tai höyry kanavaa 17 pitkin. Reaktorista 16 kuljetetaan savukaasu kanavaa 21 pitkin pölynerotuslaitteeseen 18. Pölynerotuslalte voi käsittää sähkö- tai letkusuodatlnlaitteen pölyn erottamiseksi. Savukaasupuhal-25 Iin 19 imee pölynerotuslaitteesta 18 savukaasun ja puhaltaa sen savupiippuun 20 ja sieltä edelleen ulkoilmaan. Yksiköistä 16 ja 18 poistetaan erotetut savukaasuepäpuhtaudet poistolinjaa 28 pitkin.

Kuviossa 2 on esitetty eräs toinen keksinnön edullinen suoritusmuoto.

30 Tässä suoritusmuodossa käytetään ns. hydratointlruuvia 22. Välisiilosta 9 tuodaan sulkulaitteen 10 kautta erotinlaitteessa erotettu fraktio hydratointiruuville 22, johon ruuviin syötetään kanavaa 23 pitkin myös höyry. Hydratoitu aine siirtyy ruuvin kuljettamana syöttökanavaan E ja kuljetusilmapuhaltimen 24 avulla syötetään kantoilman mukana kyseinen hydratoitu aine reaktoriin 16. Kyseiseen reaktoriin 16 syötetään aine jakoputkiston 25 kautta. Savukaasun kostutusvesi syötetään kanavaa 26 pitkin reaktoriin 16. Savukaasu johdetaan edelleen kanavaa 21 pitkin pois reaktorista 16. Keksinnön mukaisesti on toteutettu myötävlrtaperi- 7 76931 1 aatteella hydratolntiratkaisu. Savukaasukanavlston eslerotinkohdasta otetaan tietty fraktio talteen ja kyseinen fraktio käsitellään niin, että siitä saadaan savukaasun rikin kanssa reaktiokykyinen ja se siirretään sen jälkeen reaktoriin 16 nimenomaan savukaasun kuljetussuuntaan 5 nähden myötävirtaan.

10 15 20 25 30 35

Claims

76931 ^ Patenttivaatimukset

1. Menetelmä savukaasujen puhdistamiseksi, jossa menetelmässä kattilan (4) tulipesään kuljetetaan absorptloaine ja kyseisen aineen annetaan 5 reagoida savukaasujen rikin kanssa, savukaasut kuljetetaan edelleen kattilan tulipesästä poistokanavaa (a) pitkin eslerottimeen (8), joka erottaa rikin kanssa reagoimattoman absorptioaineen savukaasusta ja kuljettaa kyseisen reagoimattoman tuotteen erilliseen hydratointiyksikköön, tunnettu siltä, että esierottimesta (8) erotettu kiintoaine 10 hydratoidaan ja saatetaan rikin kanssa reagoivaan muotoon ja siirretään myötävirtaan reaktoriin (16), joka sijaitsee savukaasujen esierottimen (8) jäljessä savukaasujen kulkusuuntaan nähden.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, 15 että esierottimesta (8) johdetaan erotettu fraktio välisilloon (9) ja siitä edelleen sekoitussälliöön (11).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hydratointiprosessissa käytetään sekoitussäillötä (11), 20 johon johdetaan esierottimessa erotettu fraktio ja johon syötetään linjaa (15) pitkin vesi ja että savukaasujen pääkanavan ja sekoitus-säiliön (11) väliseen linjaan liittyy takaislnkytkentähaara (13) se-koitussäiliöön (11).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että hydratointiprosessissa esierottimesta (8) johdettu fraktio kuljetetaan hydratointiruuville (22), johon ruuvilaltteelle tuodaan edullisesti myös höyry linjaa (23) pitkin ja jolta ruuvilaitteelta erotettu fraktio siirretään edullisesti kuljetusilmapuhaltimen (24) pu-30 haltaman kantoilman mukana reaktoriin (16).

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään sellaista esierottimen (8) jälkeistä reaktoria (16), johon johdetaan hydratoitu kalsiumoksidi myötävirta-35 periaatteella ja johon johdetaan lisäksi sumutuksen apuaine linjaa (17) pitkin edullisesti ilma tai höyry. 9 76931

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että menetelmässä savukaasu johdetaan esi-erottimen (8) jälkeen erilliseen pölynerotuslaitteeseen (18), joka käsittää edullisesti sähkö- ja/tai letkusuodattimen. 5

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että absorptioaineena käytetään karbonaatti-kiveä, joka edullisesti sisältää alkali- ja/tai maa-alkalimetalleja, jolloin kyseinen karbonaattikivi keksinnön mukaisessa menetelmässä ha- 10 joaa tullpesän lämmön vaikutuksesta vastaavaksi oksidiksi.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että absorptioaineena käytetään kalsiumkarbonaattia.

9. Edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esierottlmessa erotetaan tietyn kokoiset savukaasun kanssa reagoimattomat kalslumoksldihlukkaset ja että kyseiset hiukkaset viedään hydratointlprosessiln, jolloin kalsiumoksidin annetaan reagoida veden kanssa, jolloin muodostuu kalslumhydroksldia, joka johdetaan 20 edelleen myötävirtaan savukaasun yhteyteen ja reagoimaan savukaasun rikin kanssa, jolloin kalsiumhydroksidin ja rikkidioksidin reaktiotuotteet poistetaan savukaasusta. 25 30 35