SE446560B

SE446560B - Sett vid forbrenning av vatten och/eller vetehaltiga brenslen och utvinning av energi ur vid forbrenningen bildade rokgaser, rening av dessa samt anordning for genomforande av settet

Info

Publication number: SE446560B
Application number: SE8300815A
Authority: SE
Inventors: W Kraemer; M Andersson; P Horlen
Original assignee: Asea Atom Ab
Priority date: 1983-02-15
Filing date: 1983-02-15
Publication date: 1986-09-22
Also published as: GB8403902D0; GB2138118B; JPH0360013B2; JPS59157419A; US4542621A; GB2138118A; SE8300815L; SE8300815D0; DE3404915A1

Description

25 446 560 2 Rökgaserna från förbränning av vatten- och/eller vätehaltiga och svavel- hnltign bränslen innehåller förutom vattenånga bl a svaveltrioxid. Svavel- trioxiden ger med vattenånga vid kylning till temperaturer omkring HOOOC svavelsyra i gasform. Vid kylning av rökgaserna till temperaturer under _ daggpunkten för svavelsyra övergår svavelsyra i vätskeform. Bildad svavel- II' syra ger en mycket korrosiv miljö.

Vid förbränning av vatten- och/eller vätehaltiga bränslen på ovan beskrivet sätt har man med hänsyn till korrosionsproblemen i ett känt fall, använt värmeväxlarv, ledningar och skorstenar av ett speciellt syrafast stål, och hållit de kylda avgaserna vid en så låg temperatur som möjligt. Enligt ett annnat känt fall utsätter man de kylda rökgaserna dessutom för en så hastig trycksänkning i expansionsmaskinen att deras temperatur efter passagen av Jenna blir tillräckligt låg för att föroreningarna i rökgaserna skall av- skiljas i vätskeform eller i fast form innan rökgaserna avledes via skorstenen.

Enligt den föreliggande uppfinningen motverkas korrosionsproblemet genom att kylningen av rökgaserna utföres i en skrubber med ett flöde av vatten eller innan vätska í droppform till en temperatur, som ligger under den för rök- gaserna vid rådande betingelser gällande daggpunkten för vatten, genom att le kylda rökgaserna först tillföres varma rökgaser och därefter uppvärmes i en värmeväxlare till en temperatur som är så hög, att rökgaserna när de därefter under temperatursänking expanderas till atmosfärstryck i expansions- uaskinen får en temperatur, som överstiger den för rökgaserna vid rådande betingelser gällande daggpunkten för svavelsyra. Rökgasernas temperatur nålles vid sättet enligt uppfinningen efter tillförseln av varma rökgaser efter passagen av skrubbern hela tiden vid en temperatur som överskrider den för rökgaserna gällande daggpunkten för svavelsyra, varigenom någon kondensation av svavelsyra efter passagen av skrubbern inte förekommer.

Uppfinningen avser närmare bestämt ett sätt vid förbränning av vatten- och/ eller vätehaltiga bränslen och utvinning av energi ur vid förbränningen bildade rökgaser samt rening av dessa, varvid trycksatta rökgaser kyles under tillvaratagande av huvuddelen av förångningsenergin hos ingående vatten och under åtminstone partiellt avlägsnande av i rökgaserna ingående wvaveltrioxid och andra föroreningar innan rökgaserna expanderas till atmos- färstryck ien expansionsmaskin, kännetecknat därav, att kylningen under till- varatagande av förångningsenergi hos vatten och under.avlägsnande av svavel- ¿ trioxid_och andra föroreningar utföres i en skrubber med ett 1 kongakg med å rökgaserna anordnat flöde av vatten eller annan vätska i droppform samt att UT ?0 3 446 560 rökgaserna efter passagen av skrubbern tillföres uppvärmda, genom skrubbern tidigare-passerade rökgaser, så att rökgasernas temperatur efter nämnda tillförsel överstiger den för rökgaserna vid rådande betingelser gällande daggpunkten för svavelsyra innan rökgaserna uppvärmes i en värmeväxlare och därefter expanderas till atmosfärstryck i expansionsmaskínen under sänkning av temperaturen utan att den för rökgaserna vid rådande betingelser gällande daggpunkten för svavelsyra underskrides.

Det vatten- och/eller vätehaltiga bränslet kan bl a bestå av en slurry av kol i vatten, av torv, av skogsbränsle, av vattenhaltig olja eller väte- haltig gas. Vattenhalten i vattenhaltiga bränslen kan vara mycket hög och uppgå till närmare 70 víktprocent.

Vid rökgasernas utlopp ur skrubbern har rökgaserna lämpligen en temperatur av 3000 - 90°C och företrädesvis en temperatur av 3000 - 7000. Rökgaserna har efter tíllförseln av de uppvärmda, genom skrubbern tidigare passerade rökganerna lämpligen en temperatur som är 2-1500 och högre än före till- förseln av de uppvärmda gaserna. Vid expansionsmaskinens inlopp har rök- gaserna lämpligen en temperatur av minst 15000 och företrädesvis en tempera- tur av 15006 - 85006. Efter passagen av expansionsmaskinen har rökgaserna lämpligen en temperatur av 2000 - 600°C och företrädesvis en temperatur som ligger ovanför temperaturen hos den omgivande atmosfären.

Rökgaserna kyles företrädesvis innan de underkastas kylningen för tillvara- tagande av förängningsenergin hos ingående vatten. Åtminstone i det fall att bränslet vid förbränningen inte ger fasta partiklar, som följer med rök- gaserna, sker förstnämnda kylning företrädesvis utan att den för rökgaserna vid ifrågavarande betingelser gällande daggpunkten för svavelsyra under- skrides. I sådant fall hålles rökgasernas temperatur vid sättet enligt upp- finningen såväl före inträdet i skrubbern som efter tillförsel av varma rökgaser efter passagen av skrubbern vid en temperatur som överskrider den för rökgaserna gällande daggpunkten för svavelsyra, varigenom kondensation av svavelsyra enbart sker i skrubbern. I det fall att bränslet vid för- bränningen ger fasta partiklar som följer med rökgaserna, vilket är fallet mun kul och indra Fanta bränslen kan man tnlerera en viss kondensatinn av svavelsyra i en kylanordning placerad före skrubbern. Detta beror på att de fasta partiklarna har förmåga att absorbera eventuellt kondennerad svavelsyra och därmed förhindra knrroninn och igensättning av kylannrd- ningen. Nämnda kylanurdning utgorrs lämpligen av samma värmvvhxlarr nnm b- 446 560 u rökgaserna uppvärmes i efter passagen av skrubbern.

Enligt en fördelaktig utföringsform av uppfinningen utföres förbränningen med komprímerad luft som tillförts vatten. Genom tillförsel av vatten till förbränningsluften kan man uppnå en förbättrad verkningsgrad i gaskretsen.

Det tillförda vattnet kan tas antingen från en yttre källa eller från kyl- mediet i skrubbern. Det senare medför minimala förluster i vattentillförseln.

Dock kan man vid vattentillförsel utifrån åstadkomma en lägre rökgastempera- tur, då det tillförda vattnet har en lägre temperatur än det i skrubbern an- vända kylmndírt.

Uppfinningen avser också en anordning för utförande av sättet.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritning i vilken fig 1 och 2 visar anord- ningar för utförande av sättet enligt uppfinningen. lf I fig 1 och 2 är lrdningar för olika material markerade på olika sätt, vilka visas separat i figurerna med bokstavsbeteckningar längst ned i varje figur.

Ledningar för luft är betecknade a, för rökgas b, för vatten c, för bränsle d och för aska e.

I anordningen enligt fig 1 ingår en anordning 1 för transport av kol 2 even- tuellt blandad med kalkhaltigt material, till behållaren 3 där vatten till- föres från ledningen Ä. Blandningen av kol och vatten överföres i en olurry med omröraren 5 som drives med motorn 6. Slurryn matas via ledningen 7 med en pump HH in i brﬁnnkammaren'8, som lämpligen kan vara utformad som en fluidiserad bädd, försedd med cyklon 9 för avskiljande av grova fasta par- tiklar som följer med rökgaserna. Brännkammaren har vidare en ledning 10 för uttag av aska. I brännkammaren är anordnad en kylkrets 11 för generering av hetvntten wllor ånga, t ex för användning i ett fjärrvärmesyntem eller drift av en Ãngturhin- Brännkammaren är innesluten i ett tryokkärl 12.

Brännkammaren tillföras trycksatt luft via ledningen 13. Luften komprimeras vid start av anläggningen med en kompressor 1H driven med en motor 15 och under drift med en kompreesor 16 driven av gasturbinen 17.

De trvcksattn rökgaserna går från brännkammaren via ledningen JB till en- 'regrnerntiv rllwr rvkupenativ värmeväxlare 10, där de kylen företrädesvis utnn att dngqpunktun För švavelsyra undernkridvn och därifrån via ledningen 21 vidare till skrubbern 20. I skrubbern kondenseras både vattenånga och Uï 446 560 svaveltrioxid på nedfallande små kylvattendroppar som alstras i skrubberns överdel. Dessutom tvättas askpartiklar och andra fasta partiklar och en de] andra förorvníngnr hurt ur rökﬁnunrnn i nkruhhvrn. Det via lrdningon 72 till skruhbern tillförda kylvattnet avgår i uppvärmt tillstånd från skrubbern via ledningen 23 till en värmeväxlare 2ü, där kylvattnets värme- innehåll tillvaratages i kretsen 25 för användning i fjärrvärmesystem eller för kondensatförvärmning. En avtappning av kylvattenflödet sker via led- ningen 26, eftersom nytt vatten hela tiden tillföres till flödet genom kondennationen i skrubbern. Från skrubhern går rökgaserna via ledningen 27 och ledningen 28 genom fläkten 29 som drives med motorn 30 och mottager dessförinnan uppvärmda rökgaser från ledningen 31, så att rökgaserna, när de passerar vårmeväxlare 19 har en temperatur som överstiger daggpunkten för svavelsyra. Temperaturnivåerna hos rökgaserna före inloppet i skrubbern och efter tillförsel av den varma gasen i ledningen 31 är sådana, att ingen kondenxntíon av svaveltrioxid sker vftvr passagen av nkrubbvrn. Rök- gaserna går sedan från värmeväxlaren via ledningen 32 efter att ha avgett en mindre mängd gas till ledningen 31 med ventilen 33 eller strypningen till ledningen 3H och gasturbinen 17. Från gasturbinen som driver kom- pressorn 16 och eventuellt en icke visad generator avgår rökgaserna via ledningen 35 med en temperatur som överstiger daggpunkten för svavelsyra vid de rådande betingelserna ut genom skorstenen 36.

Exempel på betingelser vid drift av anordningen enl fig 1: Bränsle i ledningen 7 en slurry av kol i vatten innehållande H0 viktprocent kol. Temperatur i brännkammaren 8 8500C. Temperatur och tryck i ledningen 13, 2u1°c n,e bar, 1 ledningen 1ß 3eo°c 5,3 bar, 1 ieaningen 21 19o°c 5,3 bar, 1 ledningen rv oo°c 5.0 nar, 1 leaningen 28 s1°c 5.0 bar, 1 iedningen 32 och 34 26700 5.1 bar och i ledningen 35 10806 1.0 bar. Förhållandet nyttig värme till tillförd kol och el uppgår till O,9H8.

Anordningen enligt fíg 2 innehåller förutom de delar, vilka ingår i an- ordningvn enligt rim 1 och för vilka beteckningarna från Pig 1 hihohhl~ lits följande delar: en cyklon 9a som är ansluten till cyklonen 9 och som är försedd med en ledning 10a för uttag av aska, en gasturbin 38 som via ledningen 18a är ansluten till cyklonen 9a och via ledningen 18b till värmeväxlaren 19; en av gasturbinen 38 driven kompressor 39, som via ledningen 13a är ansluten till brännkammaren 8 och via ledningen 13b till kompressorn 16; en med kompressorn 13 via en trevägskran M0 ansluten ledning H1 till omgivande atmosfär. 446 560 6 Anordningnn vnlígt fig 2 arbetar på med anordningen enligt fig 1 nnnlngt nätt med dr modifieringar i temperaturer och tryck som åstadkommas genom användning av de ovan beskrivna nya delarna.

Exempel på betingelser vid drift av nnordníngen enligt fig 2: Bränsle i ledningen 7 en slurry av kol i vatten innehållande 40 viktprocent kol.

Temperatur i hrännkammaren 850°C. Temperatur och tryck i ledningen ljb 1n6°c3.1bar, i ledningen 13e 353°c 9,9 bar, i ledningen 18e 6914°c 9,6 bar, l ledningen lan 5118 °c 3.8 bar, i ledningen 21 1125°c 3.8 ben, i ledningen 27 60°c 3,8 nen, i ledningen 28 78°c 3.8ber, i ledningarna 32 den 311 239°c 3,9 bar och i ledningen 35 110°C 1.0 bar. Förhållandet nyttig värme till tillförd kol och el uppgår till 0,925.

I en modifikatíon av den beskrivna anordningen tillföres via ledningen 42 vatten till den komprimerade luften i ledningen 13b. Temperaturen vid kompressorns 39ingängssida blir då 61°C. Med en temperatur av 22900 och ett tryck av 9,9 har hos luften i ledningen 13a och med en temperatur av YOPC hos rökgaserna i ledningen 35 erhålles därvid ett förhållande nyttig värme till tillförd kol och el av 0,952.

Enligt en ytterligare modifikation tillföres vatten via ledningen 42 samt anordnas en roterande elektrisk maskin 43 på gasturbinens 17 rotationsaxel.

Maskinen 43 kan användas som generator för att tillvarataga i turbinen 17 genererad överskottsenergi samt som motor för att starta kompressorn 16.

I sistnämnda fallet behövs inte kompressorn 14. p

Claims

446 560 PATENTKRAV

1. Sätt vid förbränning av vatten- och/eller vätehaltiga bränslen och ut- vinning av energi ur vid förbränningen bildade rökgaser samt rening av dessa, varvid trycksatta rökgaser kyles under tillvaratagande av huvuddelen av för- ångningsenergin hos ingående vatten och under åtminstone partiellt avlägsnande av i rökgaserna ingående svaveltrioxid och andra föroreningar, innan rök- gaserna expanderas till atmosfärstryck i en expansionsmaskin, k ä n n e - t e c k n a t därav, att kylningen under tillvaratagande av förångnings- energi hos vatten och under avlägsnande av svaveltrioxid och andra förore- ringar utföres i en skrubber (20) med ett i kontakt med rökgaserna anordnat flöde av vatten eller annan vätska i droppform samt att rökgaserna efter passagen av skrubbern tillföres uppvärmda, genom skrubbern tidigare passe- rade rökgaser, så att rökgasernas temperatur efter nämnda tillförsel över- stiger den för rökgaserna vid rådande betingelser gällande daggpunkten för svavelsyra innan rökgaserna uppvärmes i en värmeväxlare (19) och därefter vxpanderas till atmosfärstryck i expansionsmaskinen (17) under sänkning av temperaturen utan att den för rökgaserna vid rådande betingelser gällande daggpunkten för svavelsyra underskrides.

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att rök- gaserna före kylningen under tillvaratagande av förångningsenergi hos vatten och avlägsnande av svaveltrioxid och andra föroreningar kyles i en värmeväxlare (19) utan att den för rökgaserna vid ifrågavarande betingelser gällande daggpunkten för svavelsyra underskrides.

3. Sätt enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att förbränningen utföres med komprimerad luft och att luften tillföres vatten.

4. Sätt enligt något av patentkraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att rökgaserna vid expansionsmaskinens inlopp har en temperatur av minst 150°c.

5. Sätt enligt något av patentkraven 1 - Ä, k ä n n e t e c k n a t därav, att rökgaserna vid expansionsmaskinens utlopp har en temperatur som överskrider temperaturen hos omgivande atmosfär. 446 550

6. Anordning för utförande av sättet enligt patentkrav 1, omfattande en hrännkammare (8) för förbränning av ett vatten- och/eller vätehaltigt bränsle, en med brännkammaren via en ledning (18, 21, 18a, 18b) för rök- gaserna-förbunden skrubber (20) med ett i kontakt med rökgaserna anordnat Flöde av vatten eller annan vätska i droppform för kylning av rökgaserna under tillvaratagande av förångningsenergi hos i rökgaserna ingående vatten, och under åtminstone partiellt avlägsnande av svaveltrioxid och andra föro- reningar, en med skrubbern via en ledning (27, 28) för rökgaserna förbunden värmeväxlare (19) för uppvärmning av rökgaserna, en till denna ledning anslu- ten ledning (31) för tillförsel av i värmeväxlaren uppvärmda rökgaser samt en med värmeväxlaren via en ledning (32, 34) för i värmeväxlaren uppvärmda rökgaser förbunden Hxpansionsmaskin (17).

7. Anordning enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att den i ledningen mellan skrubbern (20) och expansionsmaskinen (17) anordnade värmeväxlaren (19) För uppvärmning av rökgaserna från skrubbern är anordnad L ledningen mellan brännkammaren (8) och skrubbern (20) för kylning av rök- gaserna från brännkammaren med värmeväxling av rökgaserna från skrubbern med 'rökgaserna från brännkammaren till skrubbern.

8. Anordning enligt patentkrav 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a d därav, att brännkammaren (8) är försedd med en tillförselledning (13a, 13b) för luft innehållande två kompressorer (16, 39) och att en anordning (42) för tillförsel av vatten till luften är ansluten till ledningen mellan kom- s (JPSSSOPÛ .