AT388883B

AT388883B - Verfahren zur simultanen behandlung von schadgasen aus abgasen

Info

Publication number: AT388883B
Application number: AT0019688A
Authority: AT
Inventors: Ralf Dr Lindbauer; Franz Dipl Ing Mair
Original assignee: Waagner Biro Ag
Priority date: 1988-02-01
Filing date: 1988-02-01
Publication date: 1989-09-11
Also published as: ATA19688A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur simultanen Behandlung von Schadgasen aus Abgasen, die bei der Verbrennung von insbesondere schwefelarmen Brennstoffen entstehen und die vor der Ableitung in die freie Atmosphäre mit trockenen basischen Sorbentien, vorzugsweise NaHC03 und/oder Ca (OH) 2 im Temperaturbereich von unter 400 C in Kontakt gebracht werden, wo bei die festen Reaktionsprodukte gegebenenfalls mit der Flugasche trocken vom Abgas abgetrennt werden.

Es ist bekannt, durch NH3-Zugaben in der Brennkammer den NOx-Gehalt des Abgases zu reduzieren, wobei jedoch der Nachteil auftritt, dass ein Teil des NH3 unverbraucht, insbesondere bei höheren NH3-Zugaben, auch bei Verwendung eines Katalysators durch den Kamin entweicht. Es ist ferner bekannt, dass NaHC03 bzw. Ca (OH) und andere Hydrogenkarbonate S02 und NOx, insbesondere im angeregten Zustand, auch bei relativ tiefen Temperaturen binden bzw. abbauen, wobei diese Feststoffreaktionen gegenüber Störungen empfindlich reagieren. so steigt der NOx-Gehalt im Abgas bzw. im sogenannten Reingas nach der Sorptionsstufe bei der Verwendung von schwefelarmen und stickstoffreichen Brennstoffen oder bei Erhöhung der Feuerraumtemperatur, insbesondere bei Schmelzkammerfeuerungen, oder auch nur infolge Überlast, sprunghaft an.

Es kommt vor, insbesondere beim Zusammentreffen mehrerer obiger Betriebszustände, dass der NOx-Gehalt in den Bereich des SOx-Gehaltes gerät und diesen sogar übersteigt, so dass die simultane Schwefelungsentstickung praktisch zusammenbricht und die Abgasreinigungsanlage nicht mehr den behördlichen Auflagen entspricht.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, den genannten Nachteilen zu begegnen und mit geringstem Aufwand an Sorptions- und Umwandlungsmitteln den Umweltvorschreibungen nachzukommen und gleichzeitig den NH3-Schlupf zu bekämpfen.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der Hochtemperatur- bzw.

Brennkammerseite bei Temperaturen von über 750 C das Schadgasvolumskonzentrationsverhältnis SOx zu NOx vor dem Eintritt in den Chemisorptionsabschnitt bei unter 400 C auf grösser als 1, 5, insbesondere grösser als 2, bzw. der absolute NOx-Gehalt an derselben Stelle auf unter 1000, insbeondere auf unter 400 mg/m3, eingestellt wird und dass im nachfolgenden Chemisorptionsabschnitt das Abgas durch eine Schichte aus Feststoffen, wie vorzugsweise NaHC03 und/oder Ca (OH) 2, insbesondere auf den Schläuchen eines Schlauchfilters bei
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Verringerung des bei der Verbrennung entstandenen NOx durch Einblasen von an sich bekannten, bei über 750 OC zerfallenden N-Verbindungen, wie vorzugsweise Harnstoff, Cyanursäure, NHg-oder NH -hältigen Verbindungen,

in wässriger oder dampfgelöster bzw. dispergierter Form, insbesondere durch Verwendung eines Katalysators, gesteuert. Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 4 bis 6 angegeben.

Die Vorteile der trockenen Schadgasabscheidung bestehen im wesentlichen darin, dass keine Taupunktsprobleme auftreten, wodurch Säurekorrosionen hintangehalten werden. Auch das Abwasserproblem erübrigt sich dadurch von selbst. Da das beladene Sorptionsmaterial trocken ist, sind auch geringere Gewichtsmengen zu entsorgen, und auch die gereinigten Rauchgase haben ein geringeres spezifisches Gewicht, so dass sie leichter durch den Kamin abgeführt werden können. Wenn nun vor dem Einsatz des Sorptionsverfahrens eine trockene Abscheidung erfolgt, ergibt sich auch eine geringe Verunreinigung der Sorbentien durch Flugasche, wodurch eine Wiederverwendung der beladenen Sorbentien möglich erscheint.

Dem trockenen Verfahren wird allerdings nachgesagt, dass es relativ reaktionsträg und daher schwer regelbar ist, und dass im Bereich bei Schwankungen von Schadgaszusammensetzungen Betriebsstörungen auftreten, da die einzelnen Schadgasbestandteile katalysatorähnliche Wirkungen untereinander ausüben. Wenn man diese angeblichen Nachteile allerdings richtig beurteilt, lässt sich eine stabile Verfahrensführung erreichen, deren Vorteile letzten Endes überwiegen. Die Reaktionsträgheit lässt sich durch thermische Vorbehandlung des Sorbens und richtige Temperaturwahl der Verfahrensführung dahingehend ausgleichen, dass die Nachreaktion bei gleichbleibender Temperatur ausgenützt wird.

So lässt sich durch das gleichmässige SOi/NOx-Verhältnis anstelle der Sulfitbildung eine vermehrte Sulfatbildung erreichen, und durch die Verlängerung der Kontaktzeit am Feststoff-Filter das Sorbens besser ausnützen, wobei die Zerfallszeit des Sorbens (Abspaltung des Wassers aus den Hydrogenkarbonaten durch Temperatureinwirkung) dahingehend benützt wird, dass auch das Innere des Komes zur Sorption herangezogen wird, wodurch beinahe stöchiometrische Verhältnisse geschaffen werden. Eine wesentliche Voraussetzung ist aber die Einhaltung eines SOx/Nox-Verhältnisses, möglichst grösser 2, durch entsprechende Steuerung der Prozesse vor der Sorption.

Zur Illustration der Sorptionsverhältnisse verweisen wir auf Fig. 1 der angeschlossenen Zeichnung, die die Zusammenhänge zwischen dem Wirkungsgrad der Entstickung und dem Schadstoffverhältnis SOx/NOx widerspielt, und aus der ersichtlich ist, dass der Entstickungswirkungsgrad etwa linear von Null bis 50 % zwischen dem SOx-und dem NOx-Verhältnis Null bis 2 anwächst und sich dann bei höheren SOx/NOx- Verhältnissen abflacht, wobei die genaue Kurve naturgemäss vom Sorbens, von der Schichtdicke und der

jeweiligen Verfahrenstemperatur abhängig ist. Ein gewisses Optimum wird bei einer Verfahrenstemperatur von 100 bis 130 C erreicht, während bei Temperaturen über 160 C ein bedeutender Wirkungsgradabfall festgestellt wird.

Der Abscheidewirkungsgrad von SOx ist hingegen von der Stöchiometrie des Sorbens im Verhältnis zum SO-Gehalt abhängig. In Fig. 2 ist ein ähnliches Diagramm für den NH3-Schlupf und den Wirkungsgrad der Entstickung über dem NHo/NOx-Verhältnis dargestellt, aus dem ersichtlich ist, dass hier die Kurven nicht parallel verlaufen, so dass schlechtere Abscheidegrade geringen Schlupf für NH3 ergeben.

Aus den Digrammen ergibt sich nachstehendes Beispiel :
Bei einem mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger entsteht ein Abgas mit einem SOx/NOx-Verhältnis von 1, 5 und einem NOx-Gehalt von 800 mg/m3 Abgas, das gereinigt werden muss. Allein durch die trockene Chemisorption lässt sich das NOx nur unzureichend um 50 % auf 400 mg/m3 verringern. Die SOx-Abscheidung ist problemlos. Wird jedoch erfindungsgemäss auch bereits vor der Chemisorption NOx abgebaut, beispielsweise
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ersten Stufe das NOx/SOx-Verhältnis vor der Sorptionsstufe auf 2, 1 und damit der NOx-Abscheidegrad in der Chemisorption auf 70 % verbessert wird. (800 - 800 x 0, 3-560 x 0, 7 = 168).

Zur Steuerung des SOx/NOx-Verhältnisses vor der Chemisorption lassen sich alle bekannten Verfahren verwenden, wobei es auf die Einhaltung von hohen Wirkungsgraden von sekundärer Bedeutung ist. Im allgemeinen kommt man mit Wirkungsgraden von unter 50% aus, so dass hier noch Reserven bestehen. Zur Verringerung des NOx-Gehaltes gibt es a) Primärmassnahmen, die die Bauart der Brennkammer beeinflussen, so z. B. gestufte Brennstoffverbrennung und
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Hauptstrom die Entstickung durchgeführt werden kann.

Die abschliessende NOx- und SOx-Abscheidung erfolgt in einem Chemisorptionsabschnitt bei unter 160OC, insbesondere 130 C, vorzugsweise auf einem mit Sorptionmittel belegten Tuch-oder Schlammfilter, wobei die Schichtdicke mindestens 0, 5 mm beträgt. Das Sorptionsmittel weist eine Korngrösse von kleiner als 60 pm auf, wobei die mittlere Korngrösse kleiner als 20 J. 1m ist. Dazu empfiehlt sich eine thermische Vorbehandlung des Sorptionsmittels bei höheren Temperaturen als 130 C, so dass eine Oberfläche von mehr als 3 m2/g erreicht wird.

Als Sorptionsmittel kommt hauptsächlich Speisesoda, eventuell in Mischung mit Bauxit oder Ca (OH) 2 in Frage, die S02 sorbieren und durch Änderung der Ladungszustände auch das NOx zerlegen bzw. binden, wobei auch Sulfat- und Nitratbildung beobachtet worden ist.

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur simultanen Behandlung von Schadgasen aus Abgasen, die bei der Verbrennung von insbesondere schwefelarmen Brennstoffen entstehen und die vor der Ableitung in die freie Atmosphäre mit trockenen basischen Sorbentien, vorzugsweise NaHC03 und/oder Ca (OH) im Temperaturbereich von unter 400 C in Kontakt gebracht werden, wo bei die festen Reaktionsprodukte gegebenenfalls mit der Flugasche trocken vom Abgas abgetrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Hochtemperatur- bzw.

Brennkammerseite bei Temperaturen von über 750 C das Schadgasvolumskonzentrationsverhältnis SOx zu NOx vor dem Eintritt in den Chemisorptionsabschnitt bei unter 400 C auf grösser als 1, 5 insbesondere grösser als 2, bzw. der absolute NOxGehalt an derselben Stelle auf unter 1000, insbesondere auf unter 400 mg/m3 eingestellt wird und dass im nachfolgenden Chemisorptionsabschnitt das Abgas durch eine Schichte aus Feststoffen, wie vorzugsweise NaHC03 und/oder Ca (OH) 2, insbesondere auf den Schläuchen eines Schlauchfilter bei Temperaturen von unter 160 C, insbesondere 130 C, geführt wird.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schadgasvolumskonzentrationsverhältnis durch an sich bekannte Primärmassnahmen zur Verringerung der NOx-Entstehung, vorzugsweise durch gestufte Brennstoffeintragung oder durch Rauchgaszirkulation, gesteuert wird. <Desc/Clms Page number 3>

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schadgasvolumskonzentrationsverhältnis durch an sich bekannte Sekundännassnahmen zur Verringerung des bei der Verbrennung entstandenen NOx durch Einblasen von an sich bekannten, bei über 750 C zerfallenden NVerbindungen, wie vorzugsweise Harnstoff, Cyanursäure, NHg-oder NH -hältigen Verbindungen, in wässriger oder dampfgelöster bzw. dispergierter Form, insbesondere durch Verwendung eines Katalysators, gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtstärke des Feststoffes am Schlauchfilter von mindestens 0, 5 mm ausgebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korngrösse des Feststoffes am Schlauchfilter von kleiner als 60 tun und eine mittlere Korngrösse von kleiner als 20 {im eingesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff am Schlauchfilter, zumindest das aktive Chemisorptionsmittel, bei Temperaturen von über 130 C thermisch vorbehandelt wird und eine Oberfläche von mehr als 3 m2/g aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung des Schadgasvolumskonzentrationsverhältnisses ein regelbarer Teilstrom des von der Brennkammer abströmenden Abgases durch eine Katalysator-Rauchgasentstickungsanlage geführt und vor dem Chemisorptionabschnitt wieder mit dem Hauptstrom durchmischt wird.

8. Verfahren nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Chemisorptionsabschnitt eine Flugaschenabscheidung vorgesehen ist.

Hiezu 1 Blatt Zeichnung