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Verfahren zur Verhinderung von Säuretaupunktkorrosionen und Verschmutzungen im Niedertemperaturgebiet von
Verbrennungsanlagen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung von Taupunktkorrosionen, die durch Säuren, insbesondere Schwefelsäure, im Niedertemperaturgebiet von Verbrennungsanlagen, wie öl- und kohlebefeuerter Kesseln, u. dgl., entstehen. Die Erfindung bezieht sich ebenso auf die Verhinderung vonoberflächenverschmutzungen in derartigen Feuerungsanlagen.
Es ist bekannt, dass flüssige und feste Brennstoffe Schwefel enthalten, der in den Verbrennungsgasen zum Teil bis zu Schwefeltrioxyd oxydiert wird. Dieses bildet bei etwa 2500C und weniger mit dem in Rauchgasen stets vorhandenen Wasserdampf Schwefelsäuredampf, aus dem sich, je nach dem Gehalt der Verbrennungsgase, die Schwefelsäure bei Temperaturen von 1800C und darunter auf den zugänglichen Oberflächen der Anlage niederschlägt. Auf diese Weise können starke Korrosionserscheinungen auftreten, die sich unter Umständen auch noch in den Schornsteinen solcher Anlagen bemerkbar machen.
Überdies entsteht durch die in die Aussenluft gelangende Schwefelsäure bei ungünstigen Wetterlagen eine starke Luftverunreinigung, die Ursache von Gesundheitsstörungen und Störungen des Pflanzenwuchses in der Umgebung sein kann. Man hat schon versucht, das Schwefeltrioxyd in den Abgasen mit Magnesiumoxyd oder Magnesiumverbindungen, wie Dolomit, zu binden und das Auftreten eines Säuretaupunktes überhaupt zu beseitigen.
Es sind jedoch in dieser Richtung bisher nur unbefriedigende Ergebnisse erzielt worden, weil es lediglich gelungen ist, den Säuretaupunkt zu etwas niedrigeren Temperaturen hin zu verschieben. Eine Beseitigung der mehr oder weniger starken Verschmutzungen ist bisher nur in nicht nennenswertem Ausma- sse gelungen. Dabei kommt es vielmehr dazu, dass die teilweise in Sulfate umgesetzten Ablagerungen der zur Erniedrigung des Taupunktes zugegebenen Stoffe auf den Rohren im Niedertemperaturgebiet der Kessel und auf den Platten der Luftvorwärmer fest haftende, harte Krusten bilden, die im laufenden Betrieb nicht mit den zur Verfügung stehenden Mitteln beseitigt werden können.
Es ist ferner bekannt, zur Verhinderung der Bildung fester Ansätze an den feuergasseitigenHeizflächen von Wärmeaustauschern, insbesondere Dampferzeugern, dem Brennstoff, der Verbrennungsluft oder den Feuergasen solche Mittel beizumischen, welche unter der Einwirkung der Feuerraumtemperatur nascierenden Sauerstoff abgeben. Hiefür geeignet sind feste, flüssige oder gasförmige sauerstoffabspaltende Verbindungen, wie z. B. Braunstein, Bariumperoxyd und Perchlorate oder Wasserstoffperoxyd oder Stickoxyd und Ozon.
Es wurde nun gefunden, dass sich das Auftreten eines Säuretaupunktes und die Abscheidung fest haftender Verkrustungen auf den Oberflächen der Verbrennungsanlagen im Niedertemperaturgebiet praktisch vollständig beseitigen lassen, wenn bei einer Temperatur von ungefähr 400 C in den Verbrennungsgasen eine Mischung von hochdispersen basischen und sauren Oxyden gleichmässig verteilt wird, wobei an Stel-
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le der basischen Oxyde teilweise oder zur Gänze auch Carbonate oder basische Carbonate von solche Oxyde bildenden Elementen treten können.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist somit dadurch gekennzeichnet, dass den Verbrennungsgasen bei einer Temperatur, die 4000C nicht wesentlich übersteigt, eine Mischung von feinteiligen hochschmelzenden, alkalisch wirkenden Oxyden des Magnesiums und/oder Calciums und/oder deren Carbonaten oder basischen Carbonaten mit sauer wirkenden Oxyden des Aluminiums und/oder Siliciums in feiner Verteilung zugegeben wird, wobei auf einen Teil basisch wirkendes Oxyd mindestens 0, 5 Teile sauer wirkendes Oxyd zur Anwendung gelangen.
Bevorzugt wird, dass die verwendeten Oxyde in einer Feinheit vorliegen, die einer nach der
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Oxyds soll vorzugsweise grösser sein und etwa 100 m2/g betragen. Die Primärteilchengrösse des sauren
Oxydes, insbesondere des Siliciumdioxyds, soll unter 150, vorzugsweise unter 100 mu liegen.
Unter diesen Umständen wird praktisch das gesamte Schwefeltrioxyd als Magnesiumsulfat bzw.
Calciumsulfat in kurzer Zeit, z. B. bei Verweilzeiten von nur 1 sec, gebunden. Dabei ist Magnesium- oxyd als basische Komponente des Oxydgemisches besonders geeignet, weil es mit Schwefeldioxyd prak- tisch nicht reagiert.
Die zu verwendenden Mengen richten sich, soweit es die basische Komponente betrifft, nach der
Menge des in den Verbrennungsgasen anwesenden Schwefeltrioxyds. Das basische Oxyd soll in Mengen zugegeben werden, die in bezug auf die Sulfatbildung stöchiometrisch mindestens ausreichen. Zur sicheren Vermeidung der Verkrustungen und festen Ablagerungen werden auf einen Teil basisches Oxyd, wie bereits erwähnt, mindestens 0, 5 Teile des sauren Oxyds verwendet, entsprechend MgO : SiO, wie 1 : 0, 5.
Der Zusatz des Oxydgemisches zu den Verbrennungsgasen soll, wie erwähnt, bei Temperaturen erfolgen, die nicht wesentlich oberhalb 400 oc liegen ; unterhalb dieser Temperatur findet eine nennenswerte Bildung von SO, durch katalytische Oxydation von SO2 nicht mehr statt. Dies geht aus der angeschlossenen Zeichnung hervor, in der die Gleichgewichtskurven der katalytischen Oxydation von Schwefeldioxyd zu Schwefeltrioxyd in Anhängigkeit von der Temperatur dargestellt sind.
Die Kurve a bedeutet die normale Gleichgewichtskurve für die Oxydation ohne Katalysator, wäh- rend die Kurven b und c das Ausmass der SO.-Oxydation mit abgelagerter Ölasche (b) und Steinkohlenflugasche (c) als Katalysator wiedergeben. Die Kurve d schliesslich entspricht der Umsetzung von SO2 in SOs in einer Quarzapparatur. Aus diesen Kurven geht hervor, dass bei einer Zugabe der Oxyde zu Verbrennungsgasen, die eine Temperatur von z. B. 6000C aufweisen, nach erfolgter Neutralisation des Schwefeltrioxyds durch Magnesiumoxyd weiteres Schwefeltrioxyd durch katalytische Oxydation an der Ölasche entsteht. Dieses kann dann durch das in stöchiometrischer Menge zum anfänglichen Schwefeltrioxydgehalt zugesetzte Magnesiumoxyd nicht mehr gebunden werden, weil diese Menge aufgebraucht ist.
Der Einfluss der sauer wirkenden Oxydkomponente im Gemisch besteht offensichtlich darin, dass das feinteilige Oxyd mit grosser Oberfläche durch Zwischenlagerung die Bildung der fest haftenden Kruste, die aus Magnesiumsulfat unter Einwirkung von Wasserdampf entstehen würde, verhindert.
Die Einführung des Oxydgemisches in die Verbrennungsgase kann so erfolgen, dass das feinteilige Oxydgemisch an einer geeigneten Stelle, an der die Verbrennungsgase auf etwa 4000C abgekühlt sind, in diese in fester Form als Staub eingeblasen wird. Besonders vorteilhaft gestaltet sich die Einbringung jedoch in Form einer wässerigen Dispersion des Oxydgemisches. Zu diesem Zweck werden die dispersen Oxydgemische vorzugsweise im Kondensat dispergierr und die Dispersion mittels eines Injektors oder anderer geeigneter Vorrichtungen eingeblasen. Das wässerige Dispersionsmittel verdampft dann bei einer Temperatur von 4000C in kurzer Zeit, wodurch ein gleichmässig verteilter Oxydrauch zurückbleibt, der das Schwefeltrioxyd chemisch bindet und durch die Gegenwart der sauren Oxydkomponente Verkrustungen wirksam zu verhindern vermag.
Infolge ihrer Feinteiligkeit und ihrer grossen Oberfläche lassen sich die erfindungsgemäss anzuwendenden Oxyde leicht in stabile Dispersionen in Wasser überführen. Dabei wählt man im System Magnesiumoxyd-Wasser etwa eine Feststoffkonzentration von 8 Gew.-jo, währendsie imSystem SiliciumdioxydWasser sogar etwa 20 Gew.-% betragen kann. Ein Gemisch von Siliciumdioxyd und Magnesiumoxyd im Verhältnis 1 : 1 kann noch zu einer brauchbaren Dispersion mit 10 Gew.-% Feststoffgehalt verarbeitet werden.