PL204639B1 - Sposób usuwania rtęci z gazów spalinowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób usuwania rtęci z gazów spalinowych. Dokładniej mówiąc niniejszy wynalazek dotyczy sposobu do usuwania rtęci pod różnymi postaciami, w szczególności wolnej rtęci, z gorących gazów spalinowych w instalacji do wytwarzania energii z paliwa kopalnego. Ten sposób usuwania rtęci można zastosować w wielu typach instalacji spalających paliwo kopalne, obejmujących, przykładowo, komory spalania i czadnice z obiegowym złożem fluidalnym lub ze złożem fluidalnym z wrzeniem pęcherzykowym, instalacje spalające i zgazowujące sproszkowane paliwo i spalarnie ś mieci.

Oddziaływanie dużych ilości rtęci na człowieka może wywołać poważne zaburzenia rozwoju i ukł adu nerwowego. Koncentracja rtę ci w powietrzu jest zwykle niska i nieistotna, ale kiedy rtęć dostanie się do wody, może gromadzić się w rybach i powodować choroby u ludzi, którzy jedzą mięso rybie zanieczyszczone rtęcią. Paliwa kopalne zawierają wiele ciężkich metali, włącznie z rtęcią. Ostatnio stwierdzono, że nawet jeśli koncentracja rtęci w węglu jest niska, zwykle między około 0,05 a 0,2 ppm wagowo, to emisja rtęci z elektrowni opalanych węglem stanowi poważne niebezpieczeństwo dla stanu zdrowotnego społeczeństwa. Zatem zmniejszenie koncentracji rtęci w gazach spalinowych z elektrowni ma duże znaczenie.

Znane jest, że gazy spalinowe z elektrowni opalanej paliwem kopalnym mogą zawierać rtęć w postaci wolnej, utlenionej i na cząstkach pył u. Wolna rtęć w gazach spalinowych nie łączy się z sadzą i innymi cząstkami, ale pozostaje w postaci pary nawet po ochłodzeniu gazów spalinowych do około 65°C. Zatem wolna rtęć w gazach spalinowych nie jest usuwana przez tradycyjne urządzenia odpylające, takie jak odpylacze elektrostatyczne, tkaniny filtracyjne lub tradycyjne płuczki, ale jest uwalniana do atmosfery.

Duże emisje rtęci w gazach spalinowych z miejskich spalarni śmieci są często ograniczane przez sproszkowany węgiel aktywny, wprowadzany do gazów spalinowych przed urządzeniami kontrolującymi zanieczyszczenie atmosfery. Jednakże poziom emisji rtęci na jednostkę objętości gazów spalinowych z elektrowni jest mniej więcej jeden lub dwa rzędy wielkości niższy niż emitowany z pieców spalających odpady. W rezultacie przy użyciu obecnej technologii węgla aktywnego jest bardzo trudno zredukować w sposób ekonomiczny tak małe koncentracje rtęci emitowane przez elektrownie.

Wiele paliw zawiera chlor, który reaguje z częścią rtęci w gazach spalinowych, tworząc chlorki rtęci. Gazowe chlorki rtęci osadzają się na lotnych cząstkach popiołu lub na sorbentach o dużym polu powierzchni, które mogą zostać efektywnie usunięte z gazów spalinowych przy pomocy tradycyjnych urządzeń odpylających. Chlorki rtęci są również dobrze rozpuszczalne w wodzie, a zatem mogą być usuwane z gazów spalinowych przez absorbowanie w roztworach wodnych mokrych płuczek.

Wczesne badania elementów śladowych uwalnianych przez instalacje spalające węgiel wykazały, że zwiększenie zawartości chloru w piecu, który wchodzi w skład instalacji spalania, prowadzi do zwiększonego wytwarzania HgCl2, zaś suszarka rozpyłowa skutecznie usuwa HgCl2 z gazów spalinowych opuszczających piec. Niedawno opisano w patentach sposób redukcji rtęci w specyficznym urządzeniu do oczyszczania gazów spalinowych, przy czym sposób obejmuje zwiększanie zawartości Cl w gazach spalinowych.

W amerykańskim patencie o numerze 5 435 980 opisano zwiększanie ilości chloru dostarczanego do suszarki rozpyłowej przy oczyszczaniu gazów spalinowych powstających przy spalaniu węgla mającego niską zawartość chloru, w celu przekształcania wolnej rtęci w HgCl2. Zwiększenie zawartości chloru jest uzyskiwane przez dodanie np. roztworu soli metali alkalicznych w wodnej zawiesinie podstawowego absorbentu w suszarce rozpyłowej, poprzez dostarczenie materiału zawierającego chlor do węgla w piecu, lub przez wtryskiwanie gazowego HCl do gazów spalinowych po opuszczeniu przez nie pieca.

Alternatywnie, w innym amerykańskim patencie o numerze 5 900 042 zaproponowano reakcję strumienia gazu, na przykład, z roztworem chloru lub kwasem chlorowym (HClO3) w celu przekształcania wolnej rtęci w strumieniu gazu na rozpuszczalne związki rtęci i przepuszczanie strumienia gazu przez mokrą płuczkę.

W europejskim patencie o numerze 0 860 197 zaproponowano dodawanie czynnika chlorującego rtęć, np. chlorowodoru (HCl) lub chlorku amonowego (NH4Cl), do gazów spalinowych przed katalitycznym układem redukującym NOx w celu przekształcania wolnej rtęci na chlorek rtęci (HgCl2) na katalizatorze denitrującym. W tym sposobie, rozpuszczalny w wodzie HgCl2 jest usuwany

PL 204 639 B1 w urzą dzeniu do mokrego odsiarczania z zasadowym roztworem absorbują cym. Sposób ten moż e być stosowany tylko w układach zawierających katalizator denitrujący.

Jednakże wszystkie sposoby omawiane we wspomnianych powyżej patentach mogą wykazywać słabą skuteczność usuwania rtęci przy małych koncentracjach rtęci i/lub mogą powodować korozję kanału gazów spalinowych.

Celem wynalazku jest sposób usuwania rtęci z gazów spalinowych.

Sposób usuwania rtęci z gazów spalinowych zawierających rtęć i stałe cząstki, emitowanych z instalacji wytwarzającej energię z paliwa kopalnego i przepuszczanych przez kanał gazów spalinowych, w którym doprowadza się do kontaktu pomiędzy rtęcią zawartą w gazach spalinowych a roztworem przynajmniej jednej soli zawierającej chlor, rozpuszczonej w rozpuszczalniku, poprzez wtryskiwanie roztworu do kanału gazów spalinowych w miejscu wtryskiwania, w celu utleniania rtęci do HgCl2 według wynalazku charakteryzuje się tym, że przed etapem doprowadzania do kontaktu między rtęcią w gazach spalinowych a roztworem przynajmniej jednej soli zawierającej chlor, rozpuszczonej w rozpuszczalniku, poprzez wtryskiwanie roztworu do kanału gazów spalinowych w miejscu wtryskiwania, w celu utleniania rtę ci do HgCl2 lub po tym etapie, ogrzewa się roztwór do temperatury przynajmniej 300°C, i usuwa się utlenioną rtęć z gazów spalinowych przy pomocy środków usuwających stałe cząstki z gazów spalinowych.

Korzystnie wybiera się miejsca wtryskiwania tak, że temperatura gazów spalinowych w tym miejscu jest niższa niż około 650°C, zaś roztwór ogrzewa się do temperatury równej przynajmniej około 300°C przed wtryskiwaniem.

Korzystnie wybiera się miejsca wtryskiwania tak, że temperatura gazów spalinowych w tym miejscu jest równa od około 370°C do około 650°C, zaś roztwór ogrzewa się do temperatury równej przynajmniej około 300°C przed wtryskiwaniem.

Korzystnie wybiera się miejsca wtryskiwania tak, że temperatura gazów spalinowych w tym miejscu jest równa od około 650°C do około 980°C, w wyniku czego roztwór szybko ogrzewa się w kanale gazów spalinowych do temperatury równej przynajmniej około 300°C.

Korzystnie przed wtryskiwaniem ogrzewa się roztwór do przynajmniej około 100°C.

Korzystnie jako rozpuszczalnik stosuje się wodę.

Korzystnie jako sól zawierającą chlor stosuje się chlorek amonowy (NH4CI).

Korzystnie wybiera się miejsca wtryskiwania tak, że temperatura gazów spalinowych w tym miejscu jest równa od około 650°C do około 980°C, w wyniku czego roztwór szybko ogrzewa się w kanale gazów spalinowych do temperatury równej przynajmniej okoł o 300°C tak, ż e NH4Cl dysocjuje przynajmniej na NH3 i związki chloru, oraz umożliwia się tworzenie NH3 w celu redukcji koncentracji NOX w gazach spalinowych w wyniku selektywnego procesu redukcji niekatalitycznej.

Korzystnie ogrzewa się roztwór do przynajmniej około 300°C przed wtryskiwaniem i wybiera się miejsca wtryskiwania przed układem katalitycznym NOX tak, że temperatura gazów spalinowych w tym miejscu jest równa od około 370°C do około 650°C.

Korzystnie wybiera się sól zawierającą chlor z grupy obejmującej chlorek sodu (NaCl), chlorek potasu (KCl) i chlorek wapnia (CaCl2).

Korzystnie ponownie wprowadza się poprzez recyrkulację do kanału gazów spalinowych część cząstek stałych, usuniętych z gazów spalinowych.

Korzystnie ponownie wprowadzane poprzez recyrkulację cząstki stałe poddaje się obróbce przed ich wtryśnięciem do kanału gazów spalinowych poprzez oddzielenie największych cząstek stałych od ponownie wprowadzanych cząstek stałych.

Korzystnie ponownie wprowadzane poprzez recyrkulację cząstki stałe poddaje się obróbce przed ich wtryśnięciem do kanału gazów spalinowych poprzez dodawanie substancji, które katalizują utlenianie rtęci.

Korzystnie utlenioną rtęć usuwa się z gazów spalinowych przy pomocy mokrej płuczki.

Korzystnie utlenioną rtęć usuwa się z gazów spalinowych przy pomocy suszarki rozpyłowej.

Dzięki rozwiązaniu według wynalazku uzyskano skuteczny sposób usuwania rtęci o niskiej koncentracji z objętościowego strumienia gazów spalinowych.

Ponadto uzyskano skuteczny sposób usuwania rtęci z gorących gazów spalinowych i minimalizowania korozji w kanale gazów spalinowych.

Uzyskano również ekonomiczny sposób jednoczesnego usuwania rtęci i tlenków azotu z gorących gazów spalinowych.

PL 204 639 B1

Kiedy gazy spalinowe stygną, tlen w gazach spalinowych utlenia przynajmniej część Hg do HgO. Mała część HgO osadza się na lotnych cząstkach popiołu w gazach spalinowych i może być zatem usunięta z gazów spalinowych przy pomocy środków do usuwania stałych cząstek z gazów spalinowych, takich jak odpylacz elektrostatyczny lub tkanina filtracyjna.

Podstawową ideą niniejszego wynalazku jest to, że wolna rtęć w gazach spalinowych jest efektywnie utleniana do chlorków rtęci przez kontakt rtęci z roztworem soli zawierającej chlor, rozpuszczonej w rozpuszczalniku, na przykład w wodzie, ogrzanym do przynajmniej około 300°C. Podczas ogrzewania, sól w roztworze dysocjuje na molekuły i jony. Zatem ogrzewanie roztworu zwiększa zdolność soli do przekształcania rtęci w gazach spalinowych na HgCl2.

Według korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, miejsce wtrysku jest wybrane tak, że albo (i) temperatura gazów spalinowych jest w nim równa od około 650°C do około 980°C, powodując szybkie ogrzanie roztworu do przynajmniej około 300°C w kanale gazów spalinowych, albo (ii) temperatura gazów spalinowych w tym miejscu jest poniżej około 650°C i roztwór jest ogrzewany do przynajmniej około 300°C przed wprowadzeniem go do kanału gazów spalinowych.

Według korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, zawierającą chlor solą jest chlorek amonowy (NH4CI). Kiedy roztwór NH4Cl w rozpuszczalniku, na przykład w wodzie, jest wtryskiwany do kanału gazów spalinowych w miejscu wtryskiwania, w którym temperatura gazów spalinowych jest wyższa od około 650°C, NH4Cl w roztworze jest gwałtownie ogrzewany i dysocjuje na wiele postaci, włącznie z jonami Cl^- i NH4⁺ oraz molekułami CI2, NH3 i HCl. Kiedy gazy spalinowe stygną w kanale gazów spalinowych, to czą steczki chloru reaguj ą z Hg i HgO w temperaturze równej lub niż szej od około 370°C i powstaje głównie HgCl2. Miejsce wtryskiwania jest korzystnie umieszczone w początkowej części kanału gazów spalinowych tak, że cząsteczki chloru, powstające z NH4Cl mają dostateczny czas retencji, aby przekształcić większość wolnej rtęci na HgCl2.

Korzystnie, miejsce wtryskiwania jest takie, że temperatura gazów spalinowych jest wyższa niż około 700°C, a jeszcze korzystniej wyższa niż około 800°C. Przy takich temperaturach NH3 powstający z NH4Cl redukuje koncentrację tlenku azotu w gazach spalinowych zgodnie z selektywnym, niekatalitycznym procesem redukcji (SNCR). Jednakże szybkość reakcji NH3 z NOx znacznie maleje poniżej około 700°C.

Kiedy instalacja wytwarzająca energię zawiera kocioł z obiegowym złożem fluidalnym, to roztwór NH4Cl jest korzystnie wtryskiwany zaraz za piecem kotła, korzystnie w kanale między piecem a odpylaczem odśrodkowym z gorącą pętlą, usytuowanym w kotle. W tym miejscu temperatura jest zwykle wyższa od około 800°C, zaś koncentracja popiołu i niespalonych cząsteczek paliwa jest stosunkowo duża. W instalacji zawierającej komorę spalania sproszkowanego węgla, NH4CI jest korzystnie wtryskiwany tuż za piecem, gdzie temperatura jest zwykle większa od około 800°C, zaś gazy spalinowe wciąż zawierają niespalone cząstki węgla.

Roztwór NH4C jest korzystnie ogrzewany, np. do temperatury od około 100°C do około 200°C, zanim zostanie wtryśnięty do kanału gazów spalinowych. Wyższa początkowa temperatura roztworu przyspiesza dysocjację NH4Cl na wiele jonów i molekuł w kanale gazów spalinowych, zapewniając w ten sposób, że tworzone są pożądane związki i jony chloru, zanim gazy spalinowe zostaną ochłodzone do około 370°C, przy której rozpoczyna się znaczne wytwarzanie HgCl2.

Według innego korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, roztwór NH4Cl jest najpierw ogrzewany do ponad około 300°C tak, że molekuły NH4Cl dysocjują np. na molekuły NH3 i HCl, zanim roztwór zostanie wtryś nię ty do kanał u gazów spalinowych. W ten sposób roztwór może być wtryskiwany do gazów spalinowych o niższej temperaturze, ponieważ HCl i inne związki oraz jony chloru mogą natychmiast reagować z Hg i tworzyć HgCl2. Jednocześnie, wtryskiwany NH3 może być wykorzystywany do redukcji koncentracji NOX w gazach spalinowych, np. w urządzeniu do selektywnej redukcji katalitycznej (SCR).

Według jeszcze innego korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, zawierająca chlor sól jest wybrana z grupy obejmującej chlorek sodu (NaCl), chlorek potasu (KCl) i chlorek wapnia (CaCl2). Podobnie jak inne korzystne sole, sole te mogą być wtryskiwane do strefy wysokich temperatur kanału gazów spalinowych i mogą być szybko ogrzewane w nim do przynajmniej około 300°C, lub są ogrzewane przynajmniej do minimalnej temperatury, zanim zostaną wstrzyknięte do strefy niższej temperatury w kanale gazów spalinowych. Minimalna temperatura ogrzewania zależy od postaci soli zawierającej chlor, ale ogólnie jest równa od około 300°C do około 700°C.

Molekuły HgCl2 mają dużo większą tendencję do osadzania się na lotnych cząstkach popiołu w gazach spalinowych niż wolna rtęć. Kiedy dostateczna ilość soli zawierającej chlor zostanie wtryPL 204 639 B1 śnięta do gazów spalinowych jak opisano powyżej, to praktycznie cała wolna rtęć w gazach spalinowych ulega utlenieniu, zaś ilość pozostałej wolnej rtęci jest redukowana do ilości śladowych. Tradycyjne niskotemperaturowe odpylacze, korzystnie mające temperaturę od około 130°C do około 170°C, mogą być użyte do usuwania ponad 90% utlenionej lub osadzonej na cząstkach rtęci. Odpylacz może być np. odpylaczem elektrostatycznym lub tkaniną filtracyjną.

Między tymi dwiema alternatywami, tkanina filtracyjna wydaje się być bardziej skuteczna. Zdaniem Zgłaszającego wynika to stąd, że jest większe prawdopodobieństwo osadzania molekuł HgCl2 na pyle zgromadzonym na workach filtracyjnych.

W celu zwię kszenia prawdopodobień stwa osadzania molekuł HgCl2 na czą stkach gazów spalinowych, ilość lotnych popiołów może zostać korzystnie zwiększona przez ponowne wprowadzanie części lotnych popiołów, zgromadzonych w urządzeniu odpylającym, do kanału gazów spalinowych. Korzystnie, część krążących lotnych popiołów jest wybrana tak, że zawartość lotnych popiołów w gazach spalinowych jest zwiększana do przynajmniej około 1 g/Nm³. Koncentracja stałych cząstek w gazach spalinowych może zostać zwiększona nawet do około 100 g/Nm³, zależnie od takich czynników jak porowatość powierzchni popiołu, koncentracja tlenków siarki, koncentracja chloru we wprowadzanych materiałach stałych, wilgotność gazów spalinowych i temperatura robocza.

Krążące lotne popioły mogą również być przetwarzane przed ponownym wprowadzeniem do kanału gazów spalinowych, poprawiając w ten sposób ich zdolność do usuwania HgCl2 z gazów spalinowych. Jeden ze sposobów przetwarzania lotnych popiołów obejmuje odfiltrowywanie większych cząstek od najmniejszych cząstek, np. przy pomocy odpylacza odśrodkowego przed ponownym wprowadzeniem lotnych popiołów do kanału gazów spalinowych. Zatem drobne cząstki zwiększają skuteczność usuwania chlorku rtęci, szczególnie ze względu na ich duże pole powierzchni i porowatą strukturę powierzchni, co jest związane z ich stosunkowo dużą zawartością niespalonego węgla. Zależnie od składu, lotne popioły mogą również katalizować utlenianie wolnej rtęci w obecności HCl w gazach spalinowych. Efekt ten można zwiększyć przez dodanie do krążących lotnych popiołów substancji, które katalizują utlenianie rtęci, np. śladowe ilości tlenków metali, takich jak Fe2O3 lub CuO.

Skuteczność usuwania rtęci można dodatkowo zwiększyć przez usuwanie molekuł HgCl2, które nie zostały usunięte z gazów spalinowych przy pomocy odpylacza. Przynajmniej część pozostałych molekuł HgCl2 może zostać usunięta przy pomocy materiału absorbującego lub roztworu w suszarce rozpyłowej lub mokrej płuczce, usytuowanych w końcowej części kanału gazów spalinowych.

Cena NH4CI jest mniej więcej taka sama jak cena węgla aktywowanego. Jednakże, chociaż reakcja między Hg a cząsteczkami zawierającymi Cl^-, np. molekułami HCl, jest reakcją fazy gazowej, nie wymagana jest fizyczna adsorpcja, a zatem, w celu uzyskania takiej samej redukcji koncentracji rtęci, wymagana jest mniejsza ilość NH4CI niż węgla aktywowanego. Również, kiedy unika się stosowania aktywowanego węgla do redukcji koncentracji rtęci, unika się również zwiększania zawartości węgla w popiele. Zwiększa to możliwości późniejszego wykorzystania popiołu.

Ilość wtryskiwanej soli zawierającej chlor zależy od typu zastosowanego paliwa, a w szczególności od zawartości rtęci i chloru w paliwie. Kiedy w paliwie jest więcej chloru, trzeba mniej soli w celu uzyskania dostatecznego utlenienia rtęci. Według korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, ilość wtryskiwanej soli zawierającej chlor jest taka, że koncentracja chloru w gazach spalinowych jest równa lub mniejsza niż koncentracja wytwarzana przy spalaniu paliwa zawierającego 3% chloru w suchej masie. Na przykład, pożądana koncentracja chloru w gazach spalinowych może odpowiadać koncentracji wytwarzanej przez paliwo mające 0,1% - 0,2% chloru, tj. koncentracja chloru w gazach spalinowych wynosi od około 100 do okoł o 200 ppm.

Korzystnie, przy utlenianiu Hg do HgCl2 jest stosowany stosunek molowy równy 100:1 między koncentracjami HCl i Hg w gazach spalinowych. Kiedy koncentracja rtęci jest mała, wymagany stosunek koncentracji HCl i Hg w gazach spalinowych może być znacznie większy od 100:1, np. równy 1000:1 lub nawet do 50000:1. Górna granica ilości wtryskiwanej soli zawierającej chlor jest określona przez wymaganie unikania wszelkiej korozji kanału gazów spalinowych lub powierzchni wymiennika ciepła i innych urządzeń.

Niniejszy wynalazek dostarcza nowatorski sposób dodawania związków chloru do gazów spalinowych zawierających rtęć, przy czym sposób zwiększa skuteczność działania wtryskiwanego chloru. Przez odpowiedni wybór miejsca wtryskiwania i temperatury gazów spalinowych oraz wtryskiwanego roztworu soli zawierającej chlor, uzyskiwane jest skuteczniejsze działanie chloru. Zatem ilość nadmiarowego chloru, a zatem korozja kanału gazów spalinowych, są zminimalizowane.

PL 204 639 B1

Przedmiot wynalazku dotyczący sposobu usuwania rtęci z gazów spalinowych jest pokazany na rysunku, w przykładach wykonania instalacji kotłowych gdzie sposób ten jest zastosowany, i tak: fig. 1 przedstawia schematycznie instalację kotłową w pierwszym przykładzie wykonania; fig. 2 - instalację kotłową w drugim przykładzie wykonania; fig. 3 - instalację kotłową w trzecim przykładzie wykonania.

Figura 1 przedstawia schematycznie instalację kotłową 10 z komorą spalania 12 z obiegowym złożem fluidalnym. W komorze spalania z obiegowym złożem fluidalnym paliwo, materiał złoża i ewentualnie materiał sorbentu są fluidyzowane w piecu 14 przy pomocy fluidyzującego powietrza, które jest wprowadzane do pieca 14 przez środki 16 wprowadzające powietrze spalania. Normalnie, powietrze jest wprowadzane do pieca 14 na wielu jego poziomach, ale dla jasności rysunku na fig. 1 pokazano tylko środki 16 do wprowadzania powietrza usytuowane na dnie pieca 14. Gazy spalinowe, wytwarzane w piecu 14 i cząstki złoża unoszone przez gazy spalinowe są odprowadzane przez kanał 18 w górnej części pieca 14 do separatora cząstek stałych 20. W separatorze 20 cząstek stałych, którym jest zwykle odpylacz odśrodkowy, większość cząsteczek złoża jest oddzielana od gazów spalinowych i jest ponownie wprowadzana do pieca 14 przez kanał powrotny 22.

Gazy spalinowe są odprowadzane z separatora 20 do kanału 24 gazów spalinowych, który posiada powierzchnie wymiany ciepła służące, odpowiednio, do chłodzenia gazów spalinowych i do wytwarzania pary oraz ogrzewania powietrza fluidyzującego 16. Ochłodzone gazy spalinowe są kierowane do odpylacza 30, który może być odpylaczem elektrostatycznym lub filtrem workowym. W odpylaczu 30, większość lotnych cząstek popiołów i inne małe cząsteczki pyłowe są oddzielane od gazów spalinowych i usuwane przez układ odpopielania 32. Gazy spalinowe, oczyszczone przez odpylacz 30, są wprowadzane do komina 34 i są uwalniane do otoczenia.

Kanał 24 gazów spalinowych może zawierać dodatkowe urządzenia oczyszczające gazy, na przykład katalizator do redukcji NO_x lub mokrą płuczkę lub suszarkę rozpyłową do redukcji SO₂. Takie dodatkowe urządzenia do oczyszczania gazu nie są jednak pokazane na fig. 1.

Według korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, roztwór soli zawierającej chlor, rozpuszczonej w roztworze, na przykład w wodzie, jest wtryskiwany do kanału 18 między piecem 14, a separatorem cząstek 20 przez środki wtryskujące 36. W kanale 18 temperatura gazów spalinowych jest zwykle równa przynajmniej około 700°C. Zatem sól zawierająca chlor jest gwałtownie ogrzewana do wysokiej temperatury, przynajmniej powyżej około 300°C i dysocjuje na wiele rodzajów molekuł i jonów. W pewnych zastosowaniach, korzystne jest umieszczenie środków wtryskujących 36 w początkowej części kanału 24 gazów spalinowych, ale za separatorem 20. Korzystnie, środki wtryskujące 36 są umieszczone przed pierwszym wymiennikiem ciepła 26.

Według korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, sól zawierająca chlor jest chlorkiem amonowym (NH4CI), który dysocjuje w gazach spalinowych przynajmniej na amoniak (NH3) i związki chloru. Kiedy gazy spalinowe zostają ochłodzone w wymiennikach ciepła 26 i 28 do około 370°C, to przynajmniej część utworzonych cząsteczek zawierających jony Cl^-, do których mogą należeć molekuły HCl i CI2 oraz jony Cl^-, reaguje z atomami Hg i tworzy molekuły HgCl2. Molekuły HgCl2 mają tendencję do adsorpcji na cząstkach pyłu pozostałych w gazach spalinowych, a zatem są usuwane z gazów spalinowych za pomocą odpylacza 30.

Według korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, układ odpopielania 32 obejmuje układ przesyłania popiołu, zawierający środki 38 do recyrkulacji części lotnych cząstek popiołu usuwanych przez wylot 32 z odpylacza 30 z powrotem do kanału 24 gazów spalinowych. Ponownie wprowadzane lotne popioły, korzystnie, są wtryskiwane do końcowej części 40 kanału 24 gazów spalinowych. Środki do recyrkulacji lotnych popiołów mogą obejmować urządzenie przetwarzające 42, służące do przetwarzania ponownie wprowadzanych lotnych popiołów. Urządzenie przetwarzające 42 do przetwarzania lotnych popiołów może być separatorem, służącym do wydzielania najmniejszych cząstek lotnych popiołów, w celu wtryskiwania ich do kanału 24 gazów spalinowych. Można również dodawać substancje, które katalizują utlenianie atomowej rtęci, na przykład, śladowe ilości tlenków metalu Fe2O3 lub CuO, do ponownie wprowadzanych lotnych popiołów.

Sól zawierająca chlor, wtryskiwana przy pomocy środków 36, może zostać również wybrana z grupy obejmującej chlorek sodu (NaCl), chlorek potasu (KCl) i chlorek wapnia (CaCl2). Po wtryśnięciu do strefy wysokiej temperatury w kanale 24 gazów spalinowych, sole te gwałtownie tworzą molekuły i jony, które reagują z atomami Hg i tworzą molekuły HgCl2. Molekuły HgCl2 są adsorbowane na lotnych cząstkach popiołów, a zatem są gromadzone przez odpylacz 30.

Kiedy sól zawierająca chlor jest wtryskiwana w początkowej części kanału 24 gazów spalinowych, to wysoka temperatura gazów spalinowych powoduje gwałtowną dysocjację molekuł. Wczesne

PL 204 639 B1 miejsce wtryskiwania gwarantuje również duże czasy retencji dla roztworu tak, że cała sól ulega dysocjacji, kiedy gazy spalinowe są chłodzone do początkowej temperatury powstawania HgCl2, równe] około 370°C.

Kiedy NH4Cl jest używany jako sól zawierającą chlor, to powstające molekuły NH3 mogą zostać użyte do niekatalitycznej redukcji NOx. W szczególności, molekuły NH3, powstałe w dostatecznie wysokiej temperaturze, korzystnie powyżej około 700°C, przekształcają tlenki azotu do N2 i H2O. Również, NH3 może zwiększać ilość rtęci związanej z cząstkami w gazach spalinowych.

Środki 36 wtryskujące roztwór soli zawierającej chlor mogą zawierać środki (nie pokazane) do ogrzewania roztworu do pewnego stopnia, na przykład, od około 100°C do około 200°C przed wtryskiwaniem go do kanału 24 gazów spalinowych. Wyższe temperatury początkowe roztworu przyspieszają dysocjację soli na wiele jonów i molekuł w kanale gazów spalinowych, zapewniając w ten sposób, że pożądane związki chloru i jony powstają zanim gazy spalinowe zostaną ochłodzone do temperatury około 370°C, przy której rozpoczyna się znaczne wytwarzanie HgCl2.

Reaktor 12 nie musi być komorą spalania z obiegowym złożem fluidalnym. Może być również komorą spalania ze złożem fluidalnym z wrzeniem pęcherzykowym, czadnicą ze złożem fluidalnym, komorą spalania lub czadnicą na sproszkowane paliwo lub spalarnią śmieci. Według pierwszego korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, roztwór soli zawierający chlor jest wtryskiwany do przewodu gazów spalinowych dowolnego ze wspomnianych, lub innych, odpowiednich reaktorów, w miejscu, w którym temperatura gazów spalinowych jest równa przynajmniej około 650°C. Takie miejsce znajduje się korzystnie tuż za piecem 14, ale, w pewnych zastosowaniach, może być usytuowane dalej w kanale gazów spalinowych 24 i znajduje się korzystnie przed pierwszym wymiennikiem ciepła 26.

Figura 2 przedstawia schematycznie instalację kotłową 10' według drugiego korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku. Instalacja kotłowa 10' różni się od pokazanej na fig. 1 głównie tym, że kanał 24 gazów spalinowych zawiera układ katalityczny 46, służący do uzyskiwania katalitycznej redukcji NO_x i tym, że występuje mokra płuczka 48 w celu redukcji SO₂ za odpylaczem 30. Alternatywą dla mokrej płuczki 48 jest suszarka rozpyłowa przed odpylaczem. Chociaż na fig. 2 nie pokazano układu 38 do recyrkulacji lotnych popiołów, jak pokazano na fig. 1, to taki układ może zostać włączony do instalacji kotłowej 10' lub do innych instalacji, do których niniejszy wynalazek ma również zastosowanie.

Według drugiego korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, jak pokazano na fig. 2, roztwór soli zawierającej chlor, rozpuszczonej w rozpuszczalniku, na przykład w wodzie, jest wtryskiwany do kanału 24 gazów spalinowych przez środki 36' w miejscu przed wymiennikiem ciepła 26, przy czym w miejscu tym temperatura gazów spalinowych jest poniżej około 650°C i, korzystnie, jest wyższa od około 370°C. W celu zagwarantowania, że sól zawierająca chlor jest zdysocjowana na potrzebne molekuły i jony przed ochłodzeniem gazów spalinowych do około 370°C, roztwór jest najpierw ogrzewany w wymienniku ciepła 44 do temperatury równej przynajmniej 300°C, zanim zostanie wtryśnięty do kanału 24 gazów spalinowych.

Roztwór soli zawierający chlor, wtryskiwany do kanału 24 przez środki 36' może być chlorkiem amonowym (NH₄Cl). Po ogrzaniu przez urządzenie grzewcze w postaci wymiennika ciepła 44, chlorek amonowy dysocjuje i tworzy, np., molekuły NH3. Zatem wtryskiwanie zdysocjowanego roztworu chlorku amonowego przed układem katalizatora NOx dostarcza molekuły NH3 gotowe do redukcji SCR NOx. W wielu zastosowaniach niniejszego wynalazku, sól zawierająca chlor może zostać wybrana również z grupy obejmującej chlorek sodu (NaCl), chlorek potasu (KCl) i chlorek wapnia (CaCl2).

Figura 3 przedstawia schematycznie instalację kotłową 10 według trzeciego korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku. Figura 3 przedstawia sposób wykonania redukcji rtęci w instalacji kotłowej, mającej odpylacz 30' umieszczony za pierwszym wymiennikiem ciepła 26, w którym jest wyższa temperatura niż w przykładach wykonania pokazanych na fig. 1 i 2. Odpowiednio, układ katalitycznej redukcji NO_x 46' i układ ogrzewający powietrze 28' są umieszczone za odpylaczem 30'. Według fig. 3, mokra płuczka 48 jest usytuowana za układem katalitycznej redukcji NO_x 48. Mokra płuczka 48 może zostać również zastąpiona, na przykład, przez suszarkę rozpyłową i dodatkowy odpylacz.

Według trzeciego korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, pokazanego na fig. 3, roztwór soli zawierającej chlor jest wtryskiwany przez środki 36 do części kanału 24 gazów spalinowych, która jest usytuowana za odpylaczem 30' i przed układem 46' katalitycznej redukcji NO_x. Kiedy roztwór soli zawierającej chlor zostaje ogrzany przez urządzenie grzewcze 44' do przynajmniej

PL 204 639 B1 około 300°C, to roztwór dysocjuje na wiele rodzajów molekuł i jonów przed wtryśnięciem go przez środki 36 do wspomnianej części kanału 24 gazów spalinowych. Cząstki zawierające chlor, obejmujące jedną lub więcej z molekuł HCl i Cl2 i jony Cl^-, powstałe w wyniku dysocjacji soli, są łatwo dostępne dla tworzenia molekuł HgCl2 z rtęcią w gazach spalinowych. Również, tworzony ewentualnie NH3 jest łatwo dostępny dla redukcji SCR NO_x w katalizatorze 46'.

Chociaż wynalazek został opisany tutaj przykładowo w odniesieniu do uważanych obecnie za najbardziej korzystne przykłady wykonania, należy rozumieć, że wynalazek nie jest ograniczony do opisanych przykładów wykonania, ale obejmuje różne kombinacje i/lub modyfikacje jego cech inne zastosowania w ramach zakresu wynalazku określonego przez dołączone zastrzeżenia.

Claims (15)

1. Sposób usuwania rtęci z gazów spalinowych zawierających rtęć i stałe cząstki, emitowanych z instalacji wytwarzającej energię z paliwa kopalnego i przepuszczanych przez kanał gazów spalinowych, w którym doprowadza się do kontaktu pomiędzy rtęcią zawartą w gazach spalinowych a roztworem przynajmniej jednej soli zawierającej chlor, rozpuszczonej w rozpuszczalniku, poprzez wtryskiwanie roztworu do kanału gazów spalinowych w miejscu wtryskiwania, w celu utleniania rtęci do HgCl2 znamienny tym, że przed etapem doprowadzania do kontaktu między rtęcią w gazach spalinowych a roztworem przynajmniej jednej soli zawierającej chlor, rozpuszczonej w rozpuszczalniku, poprzez wtryskiwanie roztworu do kanału gazów spalinowych w miejscu wtryskiwania, w celu utleniania rtęci do HgCl2 lub po tym etapie, ogrzewa się roztwór do temperatury przynajmniej 300°C, i usuwa się utlenioną rtęć z gazów spalinowych przy pomocy środków usuwających stałe cząstki z gazów spalinowych.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wybiera się miejsca wtryskiwania tak, że temperatura gazów spalinowych w tym miejscu jest niższa niż około 650°C, zaś roztwór ogrzewa się do temperatury równej przynajmniej około 300°C przed wtryskiwaniem.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wybiera się miejsca wtryskiwania tak, że temperatura gazów spalinowych w tym miejscu jest równa od około 370°C do około 650°C, zaś roztwór ogrzewa się do temperatury równej przynajmniej około 300°C przed wtryskiwaniem.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wybiera się miejsca wtryskiwania tak, że temperatura gazów spalinowych w tym miejscu jest równa od około 650°C do około 980°C, w wyniku czego roztwór szybko ogrzewa się w kanale gazów spalinowych do temperatury równej przynajmniej około 300°C.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że przed wtryskiwaniem ogrzewa się roztwór do przynajmniej około 100°C.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako rozpuszczalnik stosuje się wodę.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako sól zawierającą chlor stosuje się chlorek amonowy (NH4Cl).

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że wybiera się miejsca wtryskiwania tak, że temperatura gazów spalinowych w tym miejscu jest równa od około 650°C do około 980°C, w wyniku czego roztwór szybko ogrzewa się w kanale gazów spalinowych do temperatury równej przynajmniej około 300°C tak, że NH4Cl dysocjuje przynajmniej na NH3 i związki chloru, oraz umożliwia się tworzenie NH3 w celu redukcji koncentracji NOx w gazach spalinowych w wyniku selektywnego procesu redukcji niekatalitycznej.

9. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że ogrzewa się roztwór do przynajmniej około 300°C przed wtryskiwaniem i wybiera się miejsca wtryskiwania przed układem katalitycznym NOx tak, że temperatura gazów spalinowych w tym miejscu jest równa od około 370°C do około 650°C.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wybiera się sól zawierającą chlor z grupy obejmującej chlorek sodu (NaCl), chlorek potasu (KCl) i chlorek wapnia (CaCl2).

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponownie wprowadza się poprzez recyrkulację do kanału gazów spalinowych część cząstek stałych, usuniętych z gazów spalinowych.

12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że ponownie wprowadzane poprzez recyrkulację cząstki stałe poddaje się obróbce przed ich wtryśnięciem do kanału gazów spalinowych poprzez oddzielenie największych cząstek stałych od ponownie wprowadzanych cząstek stałych.

PL 204 639 B1

13. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że ponownie wprowadzane poprzez recyrkulację cząstki stałe poddaje się obróbce przed ich wtryśnięciem do kanału gazów spalinowych poprzez dodawanie substancji, które katalizują utlenianie rtęci.

14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utlenioną rtęć usuwa się z gazów spalinowych przy pomocy mokrej płuczki.

15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utlenioną rtęć usuwa się z gazów spalinowych przy pomocy suszarki rozpyłowej.