AT395542B

AT395542B - Verfahren zur minderung des gehaltes an stickoxiden im rauchgasstrom eines kraftwerkskessels mit rauchgasreinigungsanlage

Info

Publication number: AT395542B
Application number: AT0291486A
Authority: AT
Original assignee: Rwe Energie Ag
Priority date: 1985-11-02
Filing date: 1986-10-31
Publication date: 1993-01-25
Also published as: NL8602694A; ATA291486A; JPS62176524A; DE3539001C1; US4726302A

Description

AT395542B

Die Eifindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur Minderung des Gehaltes an Stickoxiden im Ranchgasstrom eines Kraftwerkskessels mit Rauchgasieinigungsanlage, wobei dem Rauchgasstrom vor einem Reaktor NH3 beigegeben wird und in dem Reaktor und/oder in nachgeschalteten Aggregaten ammoniumhaltige Niederschläge gebildet werden, die von Zeit zu Zeit abgewaschen werden, wobei ein NH3- bzw. NH^-haltiges Abwasser anfällt. In dem Reaktor kann eine selektive katalytische Reduktion oder, bei Temperaturen von 800 bis 1000°C, eine nichtkatalytischeReduktion erfolgen. Auch in anderen Bereichen eines Kraftwerksbetriebes fälltNH^-bzw. NH^-haltiges Abwasser an, z. B. bei der nassen Behandlung von Flugasche oder in Rauchgasreinigungsanlagen. Es versteht sich, daß in der modernen Technik ein Kraftwerkskessel regelmäßig mit einer Rauchgasieinigungsanlage kombiniert ist, in der auch eine Entstaubung und eine Schwefelieinigung durchgeführt weiden.

Im Rahmen der bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen (vgL Druckschrift JEPRICS-3603, Project 1256-7“, Final Report October 1984) kann das Abwasser nicht ohne weiteres dem öffentlichen Abwassemetz aufgegeben werden, es bedarf vielmehr in aufwendiger Weise zum Zwecke der Entsorgung einer chemischen und/oder biologischen Reinigung.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so zu führen, daß eine besondere Entsorgung von NH3- bzw. NH4-haltigem Abwasser nicht mehr erforderlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß das NH3- bzw. ΝΉ^-haltige Abwasser in den Kraftwerks-kessel eingeführt wird und das NH3- bzw. die NH^-haltigen Substanzen in dem Kraftwerkskessel zersetzt werden

Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß die Zersetzungsprodukte des NH3 bzw. NH4, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von demRauchgasaufgenommen werden,in derohnehinvorhandenenRauchgasreinigungsanbge aus den Rauchgasen entfernt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in diesem Zusammenhang dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser in den Feuerraum des Kraftwerkskessels eingeführt wird. Das Abwasser kann aber auch dem Brennstoff beigemischt und mit dem Brennstoff in die Kiaftwerksfeuerung eingebracht werden. Ein anderer Vorschlag besteht darin, das Abwasser dem Verbiennungsluftstrom beizugeben und mit diesem in die Kraftwerkskesselfeuerung einzubringen. In all diesen Fällen entstehen aus den NH3- bzw. den NH^-halügen Substanzen hauptsächlich Stickoxide, die in dem für die selektive katalytische Reduktion eingerichteten, ohnehin vorhandenen Reaktor entfernt werden. Das Abwasser kann aber auch in feiner Verteilung in das Rauchgas des Kraftwerkskessels eingebracht werden. Das Verfahren läßt sich insoweitso führen, daß auch oder hauptsächlich N11^ entsteht, welches in dem Reaktor wirksam wird, so daß die Menge des dort beizugebenden NH3 reduziert werden kann. Es versteht sich, daß auch anderes, im Kraftwerksbetrieb anfallendes NH3- bzw. NH4-haltiges Abwasser in den Kraftwerkskessel eingeführt werden kann.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß eine besondere Behandlung des bei dem gattungsgemäßen Verfahren oder auf andere Weise in einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Kraftwerk anfallenden NH3- bzw. NH4-haltigen Abwassers zum Zwecke der Entsorgung nicht mehr erforderlich ist. Das NH3- bzw. dieNH^-haltigcn Substanzen werden bei hoher Temperatur zersetzt und durch Aggregate der ohnehin vorhandenen Rauchgasreinigungsanlage aus dem Rauchgasstrom herausgenommen oder sogar im Betrieb solcher Aggregate ausgenutzt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Verfahrensschema mit Kraftwerkskessel, Reaktor für eine selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden und weiterer Rauchgasreinigungsanlage.

In dem Verfahrensschema erkennt man den Kraftwerkskessel (1), aus dem die Rauchgase über die Leitung (2) abgezogen werden. Sie treten in den für eine selektive katalytische Reduktion eingerichteten Reaktor (3) ein. Zuvor wird, wie eingetragen, NH3 beigegeben. Die in dem Reaktor (3) behandelten Rauchgase gelangen über die Leitung (4) in einen Luftvorwärmer (5) und über die Leitung (6), in ein Elektrofilter (7). Eine Rauchgasreinigungsanlage (8) schließt an. Der Luftvorwärmer (5) wird von Zeit zu Zeit durch Waschen von Ablagerungen befreit. Dabei fällt NH3-bzw. NH4-haltiges Abwasser an. Es wird über die Leitungen (9,10) in den Kraftwerkskessel (1) eingeführt. Zur Verfahrensweise insgesamt ist folgendes beachtlich:

ZurkatalytischenReduktion der Stickoxide wird demRauchgas vor Eintritt in denReaktor(3)alsReduktionsmittel Ammoniak zugegeben, das am Katalysator nach folgenden Hauptgleichungen reagiert: 4NH3 + 4 NO + o2- -? 4N2 + 6H20 4NH3 + 2N02 + o2*- -, 3N2 + 6H20 4NH3 + 6 NO z_ -7 5N2 + 6H20 8NH3 + 6N02 z_ -z 7¾ + 12H20 -2-

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Die Reduktion ist unvollkommen, so daß ein Teil des zudosierten Ammoniaks die Katalysatoren als sog. Schlupf unreagiert passiert oder mit anderen Rauchgaskomponenten, z. B. mit Schwefeltrioxid, Ammoniakverbindungen bildet. Die Höhe des NHySchlupfs ist je nach spezifisch«! Katalysatorvolumen, -Oberfläche, -geometrie und -Zusammensetzung unterschiedlich und auch abhängig von der jeweiligen Brennstoff- und Rauchgaszusammensetzung sowie der Reaktionstemperatur. Beispielhafte NHo-Schlupfwerte nach einer für 80 % NOx-Minderung ausgelegten SCR-Anlage sind in nachstehender Tabelle aufgeführt:

Molares Verhältnis NOx-Reduktions- NH3-Schlupf NH3/NOx (vor Kata- grad(%) mg/m3 lysator) 0,76 75 3 0,81 80 4 0,87 85 6 0,93 90 11 1,03 95 20

Als nachteiliger Nebeneffekt kann am Katalysator im Reaktor (3), ein Teil des im Rauchgas vorhandenen Schwefeldioxids nach der Gleichung 2 SO2 + O2 —7 2 SO3 zu Schwefeltrioxid konvertiert werden, das mit unreagiertem Ammoniak und Wasser weiterreagiert: nh3 + S03+% £=- =y nh4hso4 2 nh3 + so3 + h2o - - =5 (nh4)2so4

Die entstandenen Ammoniumsalze, insbes. Ammoniumhydrogensulfat NH4HS04 kondensieren und desublimieren bei Temperaturen von kleiner 300 °C und können zusammen mit Flugstäuben zu betrieblichen Problemen, wie Zusetzen und Korrosion hauptsächlich im nachgeschalteten Luftvorwärmer (5) führen. Die Salze sind in der Regel leicht wasserlöslich und können über wasser- oder dampfbeaufschlagte Reinigungsvorrichtungen entfernt werden. Für eine Waschung, die während eines Kesselstillstands erfolgt, werden ca. 3 bis 5 m3 Waschwasser pro MW elektrische Leistung verbraucht. Für die Zusammensetzung des anfallenden Abwassers haben sich für die wichtigsten Parameter folgende Bandbreiten an Analysenwerten herausgestellt: 5.000-10.000 200-600 10.000 - 20.000 1-5

Feststoffgehalt mg/1

Ammonium (NH4+) mg/l

Sulfat (S042') mg/1 pH-Wert

Das NH3- bzw. NH4-beladene Abwasser wird im Ausführungsbeispiel während des Kesselbetriebs in den Kraftwerkskessel (1) geleitet und ins Rauchgas verdüst Das bei der Verdampfung des Abwassers freiwerdende NH3 kann je nach Rauchgastemperatur oxidieren, z. B. nach der Gleichung 4NH3 + 3 02 ' =5 2N2 + 6H20 4NH3 + 5 02 i===J 4N0 + 6H20 4NH3 + 402 £=5. 2N2 + 6H20 oder entsprechend schon angeführter Gleichungen Stickoxide reduzieren -3-

Claims

AT 395 542 B Beispielhafte Stoffbilanz: Rauchgasvolumensbom: 1106m3/h Abwassermenge/Waschung des Luftvorwärmers (5): 1200 m3 NIT^-Gehalt im Abwasser 400mg/l Ins Rauchgas verdüster Abwassermassenstrom: 10 m3/h Zeitraum der Abwasserverdüsung: 120 h Veidüser NH^-Massenstrom: 4kg/h Während der Verdampfung entstehende NH^-Menge: 3,8kg/h produzierte NO-Menge bei vollständiger Oxidation des NH3 nach „4 N% + 5 C>2 ' =5 4 NO + 6 H20“: 6,7kg/h Anstieg der NO-Konzentration im Rauchgas, gerechnet als N02: 10,2 mg/m3 PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Minderung des Gehaltes an Stickoxiden im Rauchgasstrom eines Kraftwerkskessels mitRauchgas-reinigungsanlage, wobei dem Rauchgasstrom vor einem Reaktor NH3 beigegeben wird undin dem Reaktor und/oder in nachgeschalteten Aggregaten ammoniumhaltige Niederschläge gebildet werden, die von Zeit zu Zeit abgewaschen werden, wobei ein ΝΉ3- bzw. NH^-haltiges Abwasser anfallt, dadurch gekennzeichnet, daß das NH3- bzw. NH^-haltige Abwasser in den Kraftwerkskessel eingeführt wird unddasNHß bzw. dieNH^-haltigen Substanzen des Abwassers in dem Kraftwerkskessel zersetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser in den Feuerraum des Kraftwerkskessels eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser dem Brennstoff beigemischt und mit dem Brennstoff in die Kraftwerkskesselfeuerung eingebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser dem Verbrennungsluftstrom beigegeben und mit diesem in die Kraftwerkskesselfeuerung eingebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser in feiner Verteilung in die Rauchgase des Kraftwerkskessels eingebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch anderes, im Kraftwerksbetrieb anfallendes NH3- bzw. NH^-haltiges Abwasser in den Kraftweikskessel eingeführt wird. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-