Tulistimien kloorikorroosion estäminen lisäainein Corraway. Tutkimuslaitosprojekti VTT, Åbo Akademi

Transkriptio

1 Tulistimien kloorikorroosion estäminen lisäainein Corraway Tutkimuslaitosprojekti VTT, Åbo Akademi

2 2 Lähtökohdat: Kerrostuneella kloorilla on osuus tulistimien korroosiolle leijupolttotilanteessa Ei ole aina mahdollista lisätä polttoaineseokseen tehokasta suojapolttoainetta (kivihiili tai sopiva turve) Tavoitteet: Estää kloorin kertyminen tulistimille reagenssein Tutkia taloudellisesti järkeviä reagensseja => Kloorin kerrostuminen voidaan estää ilman suoja-aineita sisältävän polttoainekomponentin seostamistarvetta.

3 Esimerkki EU projektista, suojaavat polttoaineet: Lentotuhkaan sitoutuneen ja suolahapon muodossa olevan kloorin määrät kolmella polttoaineseoksella Cl mg/nm <4.02 µm In HCl 40SAC60RDF 38PC62RDF 40RDF60B Violetti= kerrostuva lentotuhkan kloori (Pääosin KCl + NaCl). Tuhottava reagenssein!!

4 4 Alkalikloridien tuhoaminen Na Cl reagenssi tai suoja-aine seostettavasta polttoaineesta HCl + X K Cl

5 5 Jos ei tuhota niin. Cl: lentotuhka, HCl Cl: kerrostumat Cl mg/nm <4.02 µm In HCl wt% Cl ºC wind 500ºC lee 500ºC 50º 420ºC wind 420ºC lee 420ºC 50º SAC60RDF 38PC62RDF 40RDF60B SAC60RDF 38PC62RDF 40RDF60B

6 6 Teoreettinen pohja Tutkittavien kemikaalien teho voi perustua reaktioon 1 ja/tai reaktioon 2 2MCl + SO 2 + ½ O 2 + H 2 O -> M 2 SO HCl (1) * 2 MCl + Al 2 O 3 *2SiO 2 + H 2 O -> M 2 O*Al 2 O 3 *2SiO 2 + 2HCl (2) * Reagenssit voivat olla kiinteitä tai nestemäisiä

7 7 Reagenssien teho on mitattava polttokokein ja vaikutusperusteet selvitettävä!!!

8 Työn jako VTT (Leijupoltto) / Åbo Akademi (Prosessikemia): 8 VTT: Koordinointi, Reagenssien tehokkuuden kokeellinen mittaus Åbo Akademi: Mekanismitutkimukset, kerrostuma-analyysit

9 9 Tutkimushenkilöstö VTT: Martti Aho, Pasi Vanikka, Raili Taipale, Hannu Vesala Åbo Akademi: Patrik Yrjas, Linus Perander, Bengt-Johan Skrifvars

10 10 VTT:n osuuden kuvaus

11 PC control and data logging system VTT PROSESSIT 11 Käytettävä polttotutkimuslaite: VTT:n 20 kw:n kerrosleijureaktori To stack Observation port Gas probe Gas cooling Deposit probe Gas sample Temperature control Sampling port Bag filter Sampling port Heating zone 4 Obervation port/ Deposit probe Heating zone 3 Sampling port Cyclone Tertiary air optional Obervation port Tertiary air optional Tertiary air (preheated) Heating zone 2/ Cooling zone 2 Fuel container 2 Fuel container 1 Additive container Obervation port Heating zone 1/ Cooling zone 1 Obervation port BED made of quarz Secondary air (preheated) Primary gas heating Nitrogen Air

12 12 Nestemäisten reagenssien lisääminen To stack Observation port Gas probe Gas cooling Deposit probe Gas sample Temperature control Sampling port Bag filter Sampling port Heating zone 4 Obervation port/ Deposit probe Heating zone 3 Sampling port Cyclone Tertiary air optional 5 Obervation port Tertiary air optional Tertiary air (preheated) 4 Heating zone 2/ Cooling zone 2 Obervation port Heating zone 1/ Cooling zone 1 Obervation port BED made of quarz Fuel container 2 Fuel container 1 Additive container Secondary air (preheated) Primary gas heating Nitrogen Air = kantoilma 2= kem ikaaliliuos 3= sondin ulkopinta (=jäähdytetty runko) 4= paineilmahajoitteinen suutin 5= suihku PC control and data logging system

13 13 Reagenssin pisaroittamisen havainnollistaminen Osattava tehdä oikein Liuottimen höyrystyttyä kemikaalista muodostuu nanopartíkkeleja joiden reaktiopinta on valtava! Höyrystyminen: vol x 1600!! Ilma Reagenssi Reaktorin suunta

14 14 Esimerkki suoritetusta työstä: Pisaranmuodostuksen optimointi=> Maksimaalinen tuhoojakemikaalin reaktiopinta savukaasun alkalikloridivirtaan

15 15 Nestesuuttimen toiminnan optimointia

16 16 Sauterin keskihalkaisija, µm Vesivirtaama 6 ml/min Vesivirtaama 10 ml/min Ilmavirtaus, l/min

17 17 Pisarakoon ja virtauksien riippuvuus Suhteellinen reaktiopinta Sauterin keskihalkaisija (um) o veden virtaama 6 ml/min veden virtaama 10 ml/min Ilm avirtaam a (l/m in)

18 Näytteenotot ja analyysit Deposit sampling wt% Cl ºC wind 500ºC lee 500ºC 50º 420ºC wind 420ºC lee 420ºC 50º Flue gas analysis SEM EDS 40SAC60RDF 38PC62RDF 40RDF60B Fine fly ash share Cl mg/nm <4.02 µm In HCl Tacky deposit Inorganic vapors Fine fly ash sampling Particle analysis Cl mg/nm Particle analysis µm µm µm µm µm 0 40SAC60RDF 38PC62RDF 40RDF60B 50 Martti Aho/ II Liekki-päivä Åbo Akademi 0 40SAC60RDF 38PC62RDF 40RDF60B

19 19 Esimerkki reagenssin toivotusta vaikutuksesta lentotuhkan alkalikloridivirtaan KCl, NaCl Molar flow Kloorin esiintymis muoto <4 um HCl Ilman reagenssia Reagenssilla

20 20 Vastaava tulos polttoaineseoksilla (EU projektista) Cl: lentotuhka, HCl Cl: kerrostumat Cl mg/nm <4.02 µm In HCl wt% Cl ºC wind 500ºC lee 500ºC 50º 420ºC wind 420ºC lee 420ºC 50º SAC60RDF 38PC62RDF 40RDF60B SAC60RDF 38PC62RDF 40RDF60B

21 21 Kiitokset rahoittajille: TEKES Kvaerner Power Kemira PVO