PL190768B1 - Sposób odsiarczania spalin kotłowych, zwłaszcza z kotłów opalanych pyłem węglowym i urządzenie do odsiarczania spalin kotłowych, zwłaszcza z kotłów opalanych pyłem węglowym - Google Patents

Abstract

1. Sposób odsiarczania spalin kotłowych, zwłaszcza z kotłów opalanych pyłem węglowym, obejmujący stosowanie jako sorbenta kamienia wapiennego wprowadzanego do kotła i/lub związków alkalicznych wprowadzanych do reaktora, polegający na mieleniu kamienia wapiennego i wprowadzaniu otrzymanego pyłu wapiennego do kotła w strefie o temperaturze 1150 do 1500 K oraz kierowaniu spalin o temperaturze 360 do 430 K poprzez podgrzewacz lub podgrzewacze powietrza i typowy przewód lub przewody spalin z prędkością 10 do 15 m/s do reaktora, w którym następuje dalsze odsiarczanie spalin, a następnie kierowaniu spalin, po podgrzaniu przez wymieszanie z gorącym powietrzem zza podgrzewacza lub podgrzewaczy lub gorącymi nieodsiarczonymi spalinami, poprzez elektrofiltr do komina, gdzie do reaktora wprowadza się transportem pneumatycznym popiół pobrany z elektrofiltra, korzystnie wstępnie aktywowany przez zwilżanie wodą i/lub parą wodną, a dla uaktywnienia reakcji wiązania związków siarki obniża się temperaturę spalin w reaktorze do temperatury 330 do 370 K, korzystnie do około 340 K, przez wprowadzanie do niego przez dysze rozpyłowe wody i/lub odsolin stanowiących odpad z elektrowni, gdzie odsoliny korzystnie miesza się z zawierającą związki alkaliczne wodą powrotną z układu odżużlania elektrowni, znamienny tym, że do reaktora, w którym prędkość spalin w części przepływowej jest 2 do 8-krotnie, korzystnie 4 do 6-krotnie mniejsza niż w przewodzie lub przewodach doprowadzających spaliny na szczyt reaktora, wprowadza się 20 do 90%, korzystnie 70% popiołu odebranego spod reaktora i/lub elektrofiltra, .

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób odsiarczania spalin kotłowych, zwłaszcza z kotłów opalanych pyłem węglowym i urządzenie do odsiarczania spalin kotłowych, zwłaszcza z kotłów opalanych pyłem węglowym, zwłaszcza w energetyce zawodowej.

Znane są ze stanu techniki sposoby oczyszczania spalin z dwutlenku siarki dotyczące procesu LIFAC opisy patentowe brytyjskie nr 2 169 887, 2 174 081 i 2 174 082) polegające na dodawaniu do kotła proszku wapiennego, który w wysokiej temperaturze rozkłada się na tlenek wapniowy, a następnie reaguje ze związkami siarki tworząc twarde powłoki produktów reakcji na ziarnach tlenku. Nawilżanie wodą tych powłok i wzrost wilgotności spalin powoduje odsłonięcie powierzchni tlenku, przemianę tlenku w wodorotlenek i w efekcie wzrost skuteczności odsiarczania i zwiększenie stopnia wykorzystania sorbenta.

Polskie opisy patentowe nr PL 148 176, PL 148 177 i PL 148 178, udzielone na rzecz fińskiej firmy Oy Tampella Ab, stanowią rozwinięcie opisanego wyżej sposobu, gdzie jako sorbent podawany do kotła w formie pylistej używany jest wodorotlenek metalu alkalicznego lub tlenek metalu alkalicznegolub związek ulegający przekształceniu w kotle w taki tlenek. Pylisty sorbent w formie tlenkowej lub wodorotlenkowej może być jednocześnie wprowadzany do gazów spalinowych opuszczających kocioł lub bezpośrednio do reaktora. Jako sorbent najczęściej stosowane są związki wapnia lub wapnia i magnezu. Oddzielnie w kotle i/lub w gazach spalinowych opuszczających kocioł rozpylana jest woda i/lub para wodna. Ilość dodawanej wody nie przekracza ilości, która może odparować.

Polskie opisy patentowe nr PL 140 693, PL140 694 i PL 140 695 dotyczą sposobu odsiarczania gazów różniącego się od procesu LIFAC (suchego z nawilżaniem) tym, że najpierw spaliny z kotła są nawilżane wodą, a dopiero potem lub równocześnie wprowadzane są oziębione pyły zwrotne wzbogacone wapnem palonym. Powoduje to tworzenie się rosy na powierzchni sorbenta i pyłów zawierających częściowo przereagowany sorbent co poprawia skuteczność procesu odsiarczania.

Polskie zgłoszenia opisów patentowych nr P-279 112 i P-283 272 dotyczą klasycznej metody suchej, polegającej na wdmuchiwaniu do kotła rozdrobnionego sorbenta wapniowego typu CaCO3, Ca(OH)2 lub CaO, w połączeniu z metodą półsuchą, polegającą na zraszaniu spalin opuszczających kocioł, w temperaturze niższej niż 400°C, wodną zawiesiną sorbenta.

Polskie zgłoszenie opisu patentowego nr P-294 141 dotyczy sposobu połączenia metody suchej z tak intensywnym nawilżaniem, że produkty reakcji wychodzą w postaci mokrej; odsiarczone spaliny grzane są przeponowo przed kominem spalinami nieodsiarczonymi.

Podobnie polskie opisy patentowe nr PL 167 380 i PL 176 213 oraz polskie zgłoszenie opisu patentowego nr P-301 552 dotyczą różnych wariantów metod odsiarczania, w których główna część reagenta podawana jest do spalin w postaci zawiesiny.

Polskie zgłoszenie opisu patentowego nr P-283 786 dotyczy sposobu mechanicznego aktywowania pyłów opuszczających kocioł, które zawierają ziarna tlenku wapniowego otoczone dezaktywującą warstwą siarczanu wapniowego. Sposób polega na wyodrębnieniu tych pyłów ze strumienia spalin za kotłem a przed reaktorem i skruszeniu ich na mniejsze cząstki. Tak zaktywowany pył podawany jest do reaktora podobnie jak woda systemem dysz, których wyloty skierowane są w odwrotnym kierunku w stosunku do kierunku przepływu spalin w reaktorze.

W polskim zgłoszeniu opisu patentowego nr P-286 126 opisany jest sposób zwilżania pyłów opuszczających kocioł i zawierających tylko częściowo przereagowany sorbent. Sposób polega na wydzieleniu przed podgrzewaczem powietrza z gorących spalin opuszczających kocioł większości pyłów razem z częścią tych gorących spalin. Do tego wydzielonego strumienia doprowadza się wodę lub parę wodną, co powoduje uwodnienie pyłów i aktywację zawartego w nich sorbenta, który w niższych temperaturach występuje w nieaktywnej formie tlenkowej. Następnie wydzielony strumień łączy się z głównym strumieniem spalin za lub jeszcze przed podgrzewaczem powietrza.

W tym samym zgłoszeniu nr P-286 126 oraz w opisie patentowym nr PL 148 177 opisane jest również urządzenie w postaci reaktora, będącego długą rurą w kształcie odwróconej litery U, a służącego do oczyszczania gazów spalinowych z gazowych związków siarki. Suchy sorbent i woda dodawane są w części, w której spaliny płyną do góry. Na wyjściu spalin z reaktora dodawana jest dodatkowa energia umożliwiająca prowadzenie procesu odpylania i transportu spalin bez obawy wykraplania się wody. Nośnikiem tej dodatkowej energii może być gorące powietrze, podgrzane w podgrzewaczu powietrza lub część gorących spalin opuszczających kocioł.

PL 190 768 B1

Opisy patentowe nr PL 166 181, PL 168 192 i PL 174 233 dotyczą różnych rozwiązań reaktorów w kształcie długiej rury, natomiast opis patentowy nr PL 176 814 dotyczy reaktora wieżowego do oczyszczania gazów metodą suchą z nawilżaniem, w którym gaz, przepływając z góry w dół, ma tak ukształtowany profil przepływu, że nie występuje rzucanie zroszonych pyłów na ścianki.

Opis patentowy nr PL 164 835 dotyczy sposobu i urządzenia do dozowania związków wapnia do kotła w zależności od wyników pomiaru stężenia SO2 w spalinach za reaktorem. Związki wapnia są dozowane w kilku miejscach tej samej strefy kotła osobnymi dozownikami celkowymi i osobnymi rurociągami.

Oryginalny sposób wprowadzania zawracanych pyłów oraz świeżego sorbenta opisany jest w polskim zgłoszenu opisu patentowego nr P-288 082. Polega on na tym, że przewód do transportu pneumatycznego pyłów zakończony jest na wlocie do reaktora rurowego zwężką Venturiego, pozwalającą na przyspieszenie strugi do około 100 m/s. Na końcu gardzieli zwężki doprowadzana jest woda przez kilka symetrycznie rozstawionych otworów. Układ ten pozwala na wprowadzenie do reaktora dobrze zwilżonych cząstek sorbenta co ma duży pozytywny wpływ na proces absorpcji i ogranicza problemy zarastania reaktora.

Znany jest również sposób utleniania siarczynu wapniowego, powstającego w reaktorze w procesie wiązania SO2 ze spalin przez wodorotlenek wapniowy w temperaturze nieznacznie przekraczającej punkt rosy spalin. Według opisu patentowego nr PL 168 982 i polskiego zgłoszenia opisu patentowego nr P-302 883 część pyłów wydzielonych w urządzeniach odpylających zawraca się do kotła, gdzie w wysokiej temperaturze siarczyny utleniają się do siarczanów. Według polskiego zgłoszenia opisu patentowego nr P-297 229 sorbent doprowadza się do powietrza kierowanego do kotła, a w celu podgrzania spalin przed ich odpyleniem i jednocześnie utlenienia siarczynów do siarczanów spaliny miesza się z gorącym powietrzem.

Według opisu patentowego nr PL 171 201 zawracane pyły są wstępnie aktywowane przez zwilżanie wodą i/lub parą wodną.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL 163 166 sposób i urządzenie do odsiarczania spalin w kotłach opalanych zwłaszcza pyłem węglowym. Sposób ten polega na mieleniu kamienia wapiennego w dowolny sposób, a następnie wprowadzaniu otrzymanego pyłu do kotła w strefie o temperaturze 1150 do 1500 K i kierowaniu spalin poprzez podgrzewacz powietrza, w którym osiągają one temperaturę 360 do 420 K, do reaktora, w którym następuje dalsze odsiarczanie, a następnie kierowaniu spalin, po zmieszaniu z gorącym powietrzem, poprzez elektrofiltr do komina, przy czym do reaktora wprowadza się również zimny popiół pobrany z elektrofiltra, a dla uaktywnienia reakcji wiązania związków siarki wprowadza się do reaktora wodę lub korzystnie odsoliny, będące odpadem z elektrowni, zaś dla utrzymania temperatury w reaktorze na poziomie około 353 K woda lub odsoliny wprowadzane są także do przewodu przed reaktorem. Woda lub odsoliny podawana jest przez dysze rozpyłowe. Odsoliny korzystnie miesza się z zawierającą związki alkaliczne wodą powrotną z układu odżużlania elektrowni.

Urządzenie do realizacji opisanego sposobu obejmuje kocioł ze znanym normalnym wyposażeniem, zasobnik kamienia wapiennego oraz młyn do mielenia kamienia wapiennego, wentylator młynowy gorącego powietrza transportującego pył wapienny do kotła, z którego spaliny przechodzą do podgrzewacza powietrza, a stamtąd do reaktora i następnie, po zmieszaniu z gorącym powietrzem do elektrofiltra, a stąd tłoczone są wentylatorem do czopucha komina z tym, że gorące powietrze tłoczące do młyna mielącego sorbent jest częścią powietrza podgrzanego w podgrzewaczach powietrza i zasilającego kocioł.

Rurociąg pyłu wapiennego jest połączony z kotłem w miejscu, w którym spaliny mają temperaturę 1150 do 1500 K, ponadto suchy pył z elektrofiltra jest połączony z reaktorem, a reaktor jest połączony z rurociągiem roztworu odsolin i/lub wody powrotnej z układu odżużlania elektrowni. Rurociąg transportu pyłu wapiennego do kotła jest zakończony dyszami, usytuowanymi powyżej wlotu powietrza wtórnego do tego kotła. Dysze są tak ukształtowane i umocowane, że równomiernie pokrywają pyłem wapiennym przekrój kotła. Przewód wylotu spalin z podgrzewacza do reaktora jest połączony z rurociągiem doprowadzającym odsoliny i/lub wodę z odżużlania.

Opisany powyżej sposób i urządzenie nie zapewniają dobrego wymieszania strugi oczyszczanych spalin z zawracanym pyłem, ani z rozpyloną wodą czy odsolinami z dodatkiem wody z odżużlania oraz nie stwarzają warunków dobrego zwilżania pyłów rozpyloną cieczą, co powoduje zaniżenie sprawności procesu odsiarczania w reaktorze.

W przypadku reaktorów w postaci rury dodatkowo niewystarczający jest czas przebywania spalin w strefie reakcji, co także zaniża sprawność.

PL 190 768 B1

Ponadto ilość zużytego w procesach świeżego sorbenta jest znaczna i można by ją obniżyć przez wykorzystanie także pyłów wypadających w samym reaktorze oraz przez aktywację i zawracanie pyłów, zarówno z filtra jak i z reaktora.

Opisane znane urządzenia nie zapewniają także dobrego wymieszania gorącego powietrza grzewczego lub spalin grzewczych z odsiarczonymi spalinami przed elektrofiltrem. Równocześnie sterowanie pracą kotła, w przypadku istnienia kilku nitek spalin między kotłem a kominem i tylko jednej wspólnej instalacji odsiarczania, jest utrudnione.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie powyższych niedogodności.

Sposób odsiarczania spalin kotłowych, zwłaszcza z kotłów opalanych pyłem węglowym według wynalazku, obejmujący stosowanie jako sorbenta kamienia wapiennego wprowadzanego do kotła i/lub związków alkalicznych wprowadzanych do reaktora, polegający na mieleniu kamienia wapiennego i wprowadzaniu otrzymanego pyłu wapiennego do kotła w strefie o temperaturze 1150 do 1500 K oraz kierowaniu spalin o temperaturze 360 do 430 K poprzez podgrzewacz lub podgrzewacze powietrza i typowy przewód lub przewody spalin z prędkością 10 do 15 metrów na sekundę do reaktora, w którym następuje dalsze odsiarczanie spalin, a następnie kierowaniu spalin, po podgrzaniu przez wymieszanie z gorącym powietrzem zza podgrzewacza lub podgrzewaczy lub gorącymi nieodsiarczonymi spalinami, poprzez elektrofiltr do komina, gdzie bezpośrednio do reaktora wprowadza się transportem pneumatycznym popiół pobrany z elektrofiltra, korzystnie wstępnie aktywowany przez zwilżanie wodą i/lub parą wodną, a dla uaktywnienia reakcji wiązania związków siarki obniża się temperaturę spalin w reaktorze do 330 do 370 K, korzystnie około 340 K, przez wprowadzanie do niego przez dysze rozpyłowe wody i/lub odsolin, stanowiących odpad z elektrowni, gdzie odsoliny korzystnie miesza się z zawierającą związki alkaliczne wodą powrotną z układu odżużlania elektrowni, charakteryzuje się tym, że do reaktora, w którym prędkość spalin w części przepływowej jest 2 do 8-krotnie, korzystnie 4 do 6-krotnie, mniejsza niż w przewodzie lub przewodach doprowadzających spaliny na szczyt reaktora, wprowadza się 20 do 90%, korzystnie 70%, popiołu odebranego spod reaktora i/lub elektrofiltra, przy czym popiół spod reaktora i elektrofiltra przed wprowadzeniem do reaktora poddaje się wstępnemu wymieszaniu ze strumieniem spalin, a strumień spalin na wlocie do reaktora przyspiesza się do prędkości 15 do 60 m/s i miesza z rozpyloną wodą i/lub odsolinami, korzystnie z dodatkiem wody z odżużlania, równomiernie rozprowadzonymi w całym przekroju reaktora.

Korzystnie popiół zawracany do reaktora wstępnie aktywuje się przez zwilżanie wodą i/lub parą wodną.

Korzystnie do reaktora, niezależnie lub wspólnie z zawracanymi popiołami wprowadza się związki alkaliczne, korzystnie tlenki i/lub wodorotlenki wapnia w ilości 0,2 do 1,5 w stosunku stechiometrycznym do ilości siarki wprowadzonej do kotła ze spalanym pyłem węglowym, w celu poprawy skuteczności odsiarczania i/lub obniżenia ilości sorbentu podawanego do kotła lub jego wyeliminowania.

Zawracany popiół korzystnie wstępnie aktywuje się przez domielanie, w celu zdarcia z powierzchni sorbenta skorupy składającej się z produktów reakcji.

Strumienie spalin kierowanych do reaktora rozprowadza się równomiernie w całym przekroju reaktora.

Strumienie spalin za podgrzewaczami powietrza a przed reaktorem poddaje się kolektorowaniu, co umożliwia właściwą regulację pracy kotła i reaktora.

Gorące powietrze lub nie odsiarczone gorące spaliny, stosowane do podgrzewania odsiarczonych spalin, są doprowadzane do przewodów wylotowych spalin z reaktora wieloma strumieniami, przy czym korzystnie część gorącego powietrza lub spalin jest wprowadzana do przestrzeni lejów reaktora.

Urządzenie do odsiarczania spalin kotłowych, zwłaszcza z kotłów opalanych pyłem węglowym, obejmujące kocioł ze znanym wyposażeniem, zasobnik kamienia wapiennego i młyn do mielenia tego kamienia oraz układ do transportowania pyłu wapiennego do kotła, z którego spaliny są poprzez podgrzewacz lub podgrzewacze powietrza kierowane typowym przewodem lub przewodami spalin o przekroju poprzecznym zapewniającym prędkość spalin w zakresie 10 do 15 m/s do reaktora, z którego podgrzane spaliny o temperaturze 350 do 370K są kierowane do elektrofiltra, a stąd do komina, gdzie kocioł jest połączony z przewodem pyłu w miejscu, gdzie spaliny mają temperaturę 1150 do 1500 K, a przewód jest zakończony dyszami usytuowanymi powyżej wlotu powietrza spalania do kotła, przy czym dysze są tak ukształtowane i umocowane, że równomiernie pokrywają pyłem wapiennym przekrój paleniska kotła, natomiast reaktor jest połączony z przewodem popiołu pobieranego z elektrofiltra oraz z zakończonym systemem dysz rozpyłowych przewodem doprowadzania wody i/lub odsolin, korzystnie z dodatkiem wody powrotnej z układu odpylania elektrowni, charakteryzuje się tym, że reaktor

PL 190 768 B1 ma w części przepływowej poprzeczny przekrój przepływu 2 do 8-krotnie, korzystnie 4 do 6-krotnie większy od przekroju przewodu lub przewodów doprowadzających spaliny na szczyt reaktora i że reaktor ma na wlocie spalin zwężkę, składającą się z konfuzora, gardzieli i dyfuzora, natomiast w gardzieli zwężki reaktora znajduje się system dysz rozpyłowych, zaś korzystnie pionowy odcinek przewodu lub pionowe odcinki przewodów doprowadzających spaliny na szczyt reaktora są połączone z przewodem lub przewodami odbioru popiołu spod elektrofiltra i/lub z przewodem lub przewodami odbioru popiołu spod reaktora, przy czym reaktor jest korzystnie połączony z przewodem doprowadzania popiołu odbieranego spod reaktora.

Korzystnie pionowy odcinek przewodu lub pionowe odcinki przewodów doprowadzających spaliny na szczyt reaktora są połączone z zasobnikiem związków alkalicznych, korzystnie tlenków lub wodorotlenków wapnia. Zasobnik związków alkalicznych może być połączony bezpośrednio z reaktorem.

W zwężce reaktora znajduje się sito przestrzenne, korzystnie w formie przegrody współśrodkowej z łopatkami ustawionymi w różnych kierunkach pod kątem 5 do 60 stopni do osi zwężki.

Na wlocie przewodów spalin do zwężki reaktora znajdują się łopatki kierujące strumień spalin z przepływu poziomego na pionowy w dół.

Przewody spalin za podgrzewaczami powietrza są zakończone kolektorem, połączonym z reaktorem i/lub z elektrofiltrem, przy czym przewody spalin za podgrzewaczami powietrza a przed kolektorem oraz przewody spalin za kolektorem doprowadzające spaliny do reaktora i/lub do elektrofiltra są zaopatrzone w klapy odcinająco-regulacyjne.

Nad przewodami wylotowymi spalin z reaktora znajdują się okapy zakończone szczelinami, kierującymi powietrze lub spaliny grzewcze do przestrzeni lejów reaktora i/lub bezpośrednio do przewodów wylotowych, przy czym do okapów doprowadzony jest przewód lub przewody gorącego powietrza z podgrzewaczy powietrza lub gorących spalin z kotła.

Wynalazek zapewnia wysoką skuteczność odsiarczania przy ograniczonym nadmiarze stosowanego sorbenta jak również stwarza dobre warunki regulacji procesu i zabezpiecza przed zarastaniem instalacji.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do odsiarczania spalin kotłowych w ujęciu schematycznym, fig. 2 - przekrój podłużny sita przestrzennego zainstalowanego na wlocie do gardzieli zwężki reaktora, fig. 3 - sito przestrzenne w widoku z góry, fig. 4 - schemat kolektora dla przykładowego wyprowadzenia spalin z kotła trzema przewodami przez trzy podgrzewacze powietrza, fig. 5 i fig. 6 przedstawiają rozwiązanie węzła mieszania gorącego powietrza lub spalin nieodsiarczonych ze spalinami odsiarczonymi, zobrazowane w przekroju odpowiednio A-A i B-B.

P r z y k ł a d I. W bloku energetycznym o mocy 200 MW spala się na godzinę 94 tony węgla o zawartości 0,8% siarki. Jednocześnie z zasobnika 1 jest podawany do młyna 2 kamień wapienny w ilości 3,9 tony na godzinę, zawierający 90% węglanu wapnia jako czynnika aktywnego. Otrzymany pył wapienny jest wdmuchiwany poprzez dysze 4 do kotła 5, w strefę o temperaturze 1150 do 1500 K.

Spaliny z kotła odbierane zza podgrzewaczy wody o temperaturze 600K są kierowane przewodami 11 do skrajnych podgrzewaczy powietrza 6.1 i 6.3, a odbierane sprzed podgrzewaczy wody o temperaturze 715 K są kierowane przewodem 12 do podgrzewacza środkowego 6.2. Spaliny o temperaturze 393 K, po przejściu przez podgrzewacze powietrza w ilości 809,4 tysięcy Nm³/h, zawierające 460 ppm dwutlenku siarki są wprowadzane do kolektora 7 w celu zapewnienia lepszej regulacji pracy kotła i podgrzewaczy oraz symetrycznego zasilania reaktora 8 i w razie potrzeby, np. podczas usuwania awarii, bezkolizyjnego kierowania spalin bezpośrednio do elektrofiltra 9, z pominięciem reaktora.

Spaliny z kolektora są następnie podawane przewodami 18 z prędkością 12 m/s do reaktora 8, w którym prędkość w części przepływowej 8.4 wynosi 4 m/s i dalej przewodem 26a do elektrofiltra 9 lub bezpośrednio przewodami 19 do elektrofiltra 9 i poprzez wentylator do komina 10, przy czym strumień spalin jest na wlocie do reaktora przyspieszany do prędkości 30 m/s wskutek przejścia przez zwężkę reaktora 8 i zwilżany odsolinami i wodą powrotną z systemu odżużlania, wprowadzanymi przewodem 25 w ilości 21,9 ton na godzinę przez dysze rozpyłowe dwuczynnikowe 16 w celu poprawy warunków zwilżania pyłów w spalinach i obniżenia temperatury spalin w reaktorze do 342K, co w rezultacie zwiększa skuteczność odsiarczania.

Strumień spalin na wejściu do konfuzora 8.1 zwężki jest kierowany w dół systemem łopatek 20, a w gardzieli 8.2 zwężki jest przepuszczany przez sito przestrzenne 13 w celu zapewnienia równomiernego przepływu w całym przekroju reaktora. Do przewodów spalin 18 jest wprowadzany przewodami 21 spod

PL 190 768 B1 dwóch pierwszych pól elektrofiltra 9 oraz przewodami 22 spod lejów 8.7 reaktora popiół w ilości 45 t/h oraz, w celu poprawy sprawności odsiarczania, 1,8 Mg/h wapna hydratyzowanego zawierającego 95% składników aktywnych, z zasobnika 24 przewodami 23. Odsiarczone spaliny w ilości 867 tysięcy Nm³/h, zawierające 140 ppm dwutlenku siarki są przed opuszczeniem reaktora podgrzewane do temperatury 373 K przez wymieszanie ze 105,7 tysiącami Nm³/h gorącego powietrza o temperaturze 626 K z podgrzewacza 6.2. To gorące powietrze jest z przewodu 26 równomiernie wieloma strumieniami doprowadzane na wyjściu spalin z reaktora przez szczeliny 8.8 do przewodów wylotowych 8.6 w celu zapewnienia jednakowej temperatury w całym strumieniu spalin, przy czym 25 tysięcy Nm³/h gorącego powietrza jest doprowadzana do przestrzeni leja 8.7 reaktora w celu wygrzania go i usprawnienia odbioru pyłów.

₃

W efekcie z bloku o mocy 200 MW uzyskuje się w kominie 1002 tysiące Nm³/h odsiarczonych spalin o temperaturze 368 K, zawierających 121 ppm dwutlenku siarki, co daje sprawność odsiarczania wynoszącą 77% w stosunku do ilości siarki zawartej w spalanym węglu oraz 26 t/h odpadu stałego, składającego się z lotnych popiołów oraz produktów odsiarczania.

P r z y k ł a d II. W bloku energetycznym o mocy 200 MW spala się na godzinę 94 tony węgla o zawartości 0,8% siarki.

Spaliny z kotła 5 odbierane zza podgrzewaczy wody o temperaturze 600 K są kierowane przewodami 11 do skrajnych podgrzewaczy powietrza 6.1 i 6.3, a odbierane sprzed podgrzewaczy wody o temperaturze 715K są kierowane przewodem 12 do podgrzewacza środkowego 6.2.

Spaliny o temperaturze 393 K po przejściu przez podgrzewacze powietrza w ilości 809,4 tysięcy ₃

Nm³/h, zawierające 620 ppm dwutlenku siarki są wprowadzane do kolektora 7 w celu zapewnienia lepszej regulacji pracy kotła i podgrzewaczy oraz symetrycznego zasilania reaktora 8 i w razie potrzeby bezkolizyjnego kierowania spalin bezpośrednio do elektrofiltra 9 z pominięciem reaktora.

Spaliny z kolektora są następnie podawane przewodami 18 z prędkością 12 m/s do reaktora 8, w którym prędkość w części przepływowej 8.4 wynosi 4 m/s i dalej przewodem 26a do elektrofiltra 9 lub bezpośrednio przewodami 19 do elektrofiltra 9 i poprzez wentylator do komina 10, przy czym strumień spalin jest na wlocie do reaktora przyspieszany do prędkości 30 m/s wskutek przejścia przez zwężkę reaktora 8 i zwilżany odsolinami i wodą powrotną z systemu odżużlania, wprowadzanymi przewodem 25 w ilości 21,9 t/h przez dysze rozpyłowe dwuczynnikowe 16 w celu poprawy warunków zwilżania pyłów w spalinach i obniżenia temperatury spalin w reaktorze do 342 K, co w efekcie zwiększa skuteczność odsiarczania.

Strumień spalin na wejściu do konfuzora 8.1 zwężki jest kierowany w dół systemem łopatek 20, a w gardzieli 8.2 zwężki jest przepuszczany przez sito przestrzenne 13 w celu zapewnienia równomiernego przepływu w całym przekroju reaktora. Do przewodów 18 spalin jest wprowadzane przewodami 23 wapno hydratyzowane w ilości 2.7 Mg/h, zawierające 95% składników aktywnych oraz przewodami 22 popiół spod lejów 8.7 reaktora, natomiast bezpośrednio do reaktora 8 jest doprowadzany przewodami 21 popiół spod dwóch pierwszych pól elektrofiltra 9, przy czym sumaryczna ilość popiołu zawracanego spod reaktora i elektrofiltra wynosi 45 Mg/h.

₃

Odsiarczone spaliny w ilości 867 tysięcy Nm³/h, zawierające 165 ppm dwutlenku siarki są przed opuszczeniem reaktora podgrzewane do temperatury 373K przez wymieszanie ze 105,7 tysiącami Nm³/h gorącego powietrza o temperaturze 626 K z podgrzewacza 6.2. To gorące powietrze jest z przewodu 26 równomiernie wieloma strumieniami doprowadzane na wyjściu spalin z reaktora przez szczeliny 8.8 do przewodów wylotowych 8.6 w celu zapewnienia jednakowej temperatury w całym strumieniu spalin, przy czym część tego gorącego powietrza jest doprowadzana do przestrzeni leja 8.7 reaktora w celu wygrzania go i usprawnienia odbioru pyłów.

₃

W efekcie z bloku o mocy 200 MW uzyskuje się w kominie 1002 tysiące Nm³/h odsiarczonych spalin o temperaturze 368 K, zawierających 143 ppm dwutlenku siarki, co daje sprawność odsiarczania wynoszącą 72.9% w stosunku do ilości siarki zawartej w spalanym węglu oraz 24 t/h odpadu stałego, składającego się z lotnych popiołów oraz produktów odsiarczania.

Urządzenie według wynalazku obejmuje zasobnik 1 kamienia wapiennego 1, usytuowany nad młynem 2 do mielenia tego kamienia, z którego przewód 3 doprowadzania pyłu wapiennego, połączony z kotłem w miejscu gdzie spaliny mają temperaturę 1150 do 1500K, jest zakończony systemem dysz 4 zabudowanych w kotle 5, przy czym dysze usytuowane powyżej wlotu powietrza niezbędnego do spalania są tak ukształtowane i umocowane, że równomiernie pokrywają pyłem wapiennym przekrój paleniska kotła.

PL 190 768 B1

Kocioł 5 jest, poprzez system podgrzewaczy powietrza i kolektor 7, połączony z reaktorem 8 dwoma przewodami 18 i kolejno z elektrofiltrem 9 oraz kominem 10, lub w razie konieczności, np. podczas usuwania awarii, przewodami 19 bezpośrednio z elektrofiltrem 9.

System podgrzewaczy powietrza, tłoczonego wentylatorami, obejmuje podgrzewacze skrajne 6.1 i 6.3 połączone przewodami 11 z kotłem 5 za podgrzewaczami wody w kotle 5 oraz podgrzewacz środkowy 6.2 połączony z kotłem przewodem 12 sprzed podgrzewaczy wody w kotle.

Przewody spalin 11a i 12a za podgrzewaczami powietrza 6.1, 6.2 i 6.3 są zakończone kolektorem 7, połączonym przewodami 18 z reaktorem 8 i przewodami 19 z elektrofiltrem 9, przy czym wszystkie przewody są zaopatrzone w klapy odcinająco-regulacyjne 17.

Klapy 17 umożliwiają prawidłową pracę kotła i podgrzewaczy powietrza oraz symetryczne zasilanie reaktora, a także bezkolizyjne przełączanie spalin na obejście i skierowanie ich bezpośrednio do elektrofiltra 9.

Na wlocie z przewodów 18 spalin reaktora znajdują się łopatki kierujące 20 powodujące równomierny rozkład niesionego pyłu w przestrzeni reaktora.

Przewody spalin 18 są połączone przewodami 22 z lejami 8.7 spod reaktora, przewodami 21 z lejami spod elektrofiltra 9 i przewodami 23 z zasobnikiem 24 wapna hydratyzowanego.

Reaktor 8 składa się z części górnej w postaci zwężki zestawionej z konfuzora 8.1, gardzieli 8.2 o przekroju poprzecznym w kształcie sześciokąta foremnego i dyfuzora 8.3, części przepływowej 8.4 o przekroju poprzecznym w kształcie sześciokąta foremnego, przewężenia stanowiącego okapy 8.5 nad przewodami wylotowymi 8.6 spalin oraz części dennej w postaci lejów 8.7, przy czym okapy są zakończone szczelinami 8.8. Okapy 8.5 zabezpieczają przed zarastaniem przewodów wylotowych z reaktora pyłami, a szczeliny 8.8 umożliwiają równomierne wprowadzanie czynnika grzewczego do przewodów wylotowych 8.6 i do lejów 8.7 w kilku punktach. Szczeliny 8.8 są przewodem 26 połączone ze środkowym podgrzewaczem powietrza 6.2.

Na wlocie przewodów spalin do konfuzora 8.1 znajduje się sito przestrzenne 13, oparte na konstrukcji nośnej 14, z łopatkami 15 ustawionymi w różnych kierunkach, pod kątem 5 do 40 stopni do osi zwężki. Sito przestrzenne 13 zapewnia równomierny przepływ spalin w przekroju reaktora.

W gardzieli 8.2 zwężki znajduje się system dysz rozpyłowych 16 połączonych z przewodem 25 doprowadzania do reaktora odsolin i/lub wody powrotnej z układu odżużlania.

Konstrukcja zwężki zapewnia przyspieszenie strumienia spalin z rozprowadzeniem w przestrzeń reaktora, co poprawia warunki zwilżania pyłów kroplami wody lub odsolin wprowadzanych przez dysze rozpyłowe w strefie przyspieszonej prędkości, a tym samym poprawia skuteczność odsiarczania.

Reaktor jest poniżej systemu zraszania połączony z zasobnikiem 24 wapna hydratyzowanego z lejami spod elektrofiltra 9 i z lejami 8.7 spod reaktora, przewodami odpowiednio 27, 28 i 29 oraz przewodem 26a z elektrofiltrem 9.

Elektrofiltr 9 jest poprzez wentylator połączony z kominem 10. Produkty odsiarczania spalin są odprowadzane na zewnątrz przewodem 30.

Claims (14)

1. Sposób odsiarczania spalin kotłowych, zwłaszcza z kotłów opalanych pyłem węglowym, obejmujący stosowanie jako sorbenta kamienia wapiennego wprowadzanego do kotła i/lub związków alkalicznych wprowadzanych do reaktora, polegający na mieleniu kamienia wapiennego i wprowadzaniu otrzymanego pyłu wapiennego do kotła w strefie o temperaturze 1150 do 1500 K oraz kierowaniu spalin o temperaturze 360 do 430 K poprzez podgrzewacz lub podgrzewacze powietrza i typowy przewód lub przewody spalin z prędkością 10 do 15 m/s do reaktora, w którym następuje dalsze odsiarczanie spalin, a następnie kierowaniu spalin, po podgrzaniu przez wymieszanie z gorącym powietrzem zza podgrzewacza lub podgrzewaczy lub gorącymi nieodsiarczonymi spalinami, poprzez elektrofiltr do komina, gdzie do reaktora wprowadza się transportem pneumatycznym popiół pobrany z elektrofiltra, korzystnie wstępnie aktywowany przez zwilżanie wodą i/lub parą wodną, a dla uaktywnienia reakcji wiązania związków siarki obniża się temperaturę spalin w reaktorze do temperatury 330 do 370 K, korzystnie do około 340 K, przez wprowadzanie do niego przez dysze rozpyłowe wody i/lub odsolin stanowiących odpad z elektrowni, gdzie odsoliny korzystnie miesza się z zawierającą związki alkaliczne wodą powrotną z układu odżużlania elektrowni, znamienny tym, że do reaktora, w którym prędkość spalin w części

PL 190 768 B1 przepływowej jest 2 do 8-krotnie, korzystnie 4 do 6-krotnie mniejsza niż w przewodzie lub przewodach doprowadzających spaliny na szczyt reaktora, wprowadza się 20 do 90%, korzystnie 70% popiołu odebranego spod reaktora i/lub elektrofiltra, przy czym popiół spod reaktora i elektrofiltra przed wprowadzeniem do reaktora poddaje się wstępnemu wymieszaniu ze strumieniem spalin, a strumień spalin na wlocie do reaktora przyspiesza się do prędkości 15 do 60 m/s i miesza z rozpyloną wodą i/lub odsolinami, korzystnie z dodatkiem wody z odżużlania, równomiernie rozprowadzonymi w całym przekroju reaktora.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że popiół zawracany do reaktora wstępnie aktywuje się przez zwilżanie wodą i/lub parą wodną.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do reaktora, niezależnie lub wspólnie z zawracanymi popiołami wprowadza się związki alkaliczne, korzystnie tlenki i/lub wodorotlenki wapnia w ilości 0,2 do 1,5 w stosunku stechiometrycznym do ilości siarki wprowadzonej do kotła ze spalanym pyłem węglowym.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawracany popiół wstępnie aktywuje się przez domielanie.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumienie spalin kierowanych do reaktora rozprowadza się równomiernie w całym przekroju reaktora.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumienie spalin za podgrzewaczami powietrza a przed reaktorem poddaje się kolektorowaniu.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gorące powietrze lub nieodsiarczone gorące spaliny stosowane do podgrzewania odsiarczonych spalin są doprowadzane do przewodów wylotowych spalin z reaktora wieloma strumieniami, przy czym korzystnie część gorącego powietrza lub spalin jest wprowadzana do przestrzeni lejów reaktora.

8. Urządzenie do odsiarczania spalin kotłowych, zwłaszcza z kotłów opalanych pyłem węglowym, obejmujące kocioł ze znanym wyposażeniem, zasobnik kamienia wapiennego i młyn do mielenia tego kamienia oraz układ do transportowania pyłu wapiennego do kotła, z którego spaliny są poprzez podgrzewacz lub podgrzewacze powietrza kierowane typowym przewodem lub przewodami spalin o przekroju poprzecznym zapewniającym prędkość spalin w zakresie 10 do 15 m/sdo reaktora, z którego podgrzane spaliny o temperaturze 350 do 370K są kierowane do elektrofiltra, a stąd do komina, gdzie kocioł jest połączony z przewodem pyłu w miejscu, gdzie spaliny mają temperaturę 1150 do 1500 K, a przewód jest zakończony dyszami usytuowanymi powyżej wlotu powietrza spalania do kotła, przy czym dysze są tak ukształtowane i umocowane, że równomiernie pokrywają pyłem wapiennym przekrój paleniska kotła, natomiast reaktor jest połączony z przewodem popiołu pobieranego z elektrofiltra oraz z, zakończonym systemem dysz rozpyłowych, przewodem doprowadzania wody i/lub odsolin, korzystnie z dodatkiem wody powrotnej z układu odpylania elektrowni, znamienny tym, że reaktor (8) ma w części przepływowej (8.4) poprzeczny przekrój przepływu 2 do 8-krotnie, korzystnie 4 do 6-krotnie większy od przekroju przewodu lub przewodów (18) doprowadzających spaliny na szczyt reaktora (8) i że reaktor (8) ma na wlocie spalin zwężkę, składającą się z konfuzora (8.1), gardzieli (8.2) i dyfuzora (8.3), natomiast w gardzieli (8.2) zwężki reaktora znajduje się system dysz rozpyłowych (16) , zaś korzystnie pionowy odcinek przewodu lub pionowe odcinki przewodów (18), doprowadzających spaliny na szczyt reaktora są połączone z przewodem lub przewodami (21) odbioru popiołu spod elektrofiltra (9) i/lub z przewodem lub przewodami (22) odbioru popiołu spod reaktora (8), przy czym reaktor (8) jest korzystnie połączony z przewodem (29) doprowadzania popiołu odbieranego spod reaktora.

9.Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że korzystnie pionowy odcinek przewodu lub pionowe odcinki przewodów (18) doprowadzających spaliny na szczyt reaktora (8) są połączone przewodem lub przewodami (23) z zasobnikiem (24) związków alkalicznych, korzystnie tlenków lub wodorotlenków wapnia.

10. Urządzenie według zastrz. 8 albo 9, znamienne tym, że zasobnik (24) jest połączony przewodem (27) bezpośrednio z reaktorem (8).

11. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że w zwężce reaktora (8) znajduje się sito przestrzenne (13), korzystnie w formie przegrody współśrodkowej z łopatkami (15) ustawionymi w różnych kierunkach pod kątem 5 do 60 stopni do osi

12. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że na wlocie przewodów 18 spalin do zwężki reaktora (8) znajdują się łopatki (20), kierujące strumień spalin z przepływu poziomego na pionowy w dół.

PL 190 768 B1

13. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że przewody spalin (11a) i (12a) za podgrzewaczami powietrza (6.1, 6.2, 6.3) są zakończone kolektorem (7), połączonym z reaktorem (8) przewodem lub przewodami (18) i/lub z elektrofiltrem (9) przewodem lub przewodami (19), przy czym przewody (11a), (12a), (18) i (19) są zaopatrzone w klapy odcinająco-regulacyjne (17).

14. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że nad przewodami wylotowymi (8.6) spalin z reaktora (8) znajdują się okapy (8.5), zakończone szczelinami (8.8) kierującymi powietrze lub spaliny grzewcze do przestrzeni lejów (8.7) reaktora i/lub bezpośrednio do przewodów wylotowych (8.6), przy czym do okapów doprowadzony jest przewód lub przewody (26) gorącego powietrza z podgrzewaczy (6.1, 6.2, 6.3) gorących spalin z przewodów (11) lub (12).