AT399297B - Verfahren zum zerstören von stickoxiden in rauchgasen von feuerungsanlagen - Google Patents

Description

AT 399 297 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerstören von Stickoxiden in Rauchgasen von Feuerungsanlagen durch Zusatz eines Reduktionsgases nach der Hauptverbrennungsstufe.

Werden fossile Brennstoffe mit Luft verbrannt, entstehen im allgemeinen Stickoxide, z.B. NO2, NO, N2O. Diese sind für die Umwelt schädlich. Die Emission derartiger Stickoxide wird in den meisten Industriestaaten durch Festlegen von Grenzwerten limitiert.

Stickoxide können katalytisch durch Reduktion mit Ammoniak über einen Oxidationskatalysator wirksam zerstört werden. Außerdem ist es bekannt, Ammoniak im Temperaturfenster von 950 bis 1050*C in den Rauchgasstrom einzubringen. Die dadurch erzielbare Reduktion der Stickoxide ist jedoch weniger effektiv als bei der vorerwähnten katalytischen Reduktion mit Ammoniak.

Vorteilhaft ist jedoch bei dem Verfahren, in welchem Ammoniak im Temperaturfenster des vorgenannten Bereiches eingebracht wird, der kostengünstige Verfahrensablauf.

Nach weiteren Verfahren kann NOx auch durch stufenweise Verbrennung reduziert werden. Bei diesem Verfahren wird der Brennstoff zunächst unter Luftmangel verbrannt und darauf in einer zweiten Stufe durch ausreichende Sauerstoffzufuhr einer vollständigen Verbrennung zugeführt. Bei dieser Vorgangsweise kann das "Brennstoff NOx" vermieden werden.

Stickoxide können auch durch eine als "Reburning" bekanntgewordene-Methode beseitigt werden. Bei diesem Verfahren wird zunächst Brennstoff und Verbrennungsluft in den Brennraum in einem Verhältnis zugeführt, bei dem Sauerstoffüberschuß vorhanden ist, sodaß für den Kohlenstoff gute Ausbrennbedingungen geschaffen werden. Unter diesen Bedingungen bilden sich jedoch auch Stickoxide, für deren Reduktion über im Brennraum höher als die Brennstoffdüsen gelegene Düsen Erdgas als Reduktionsmittel den Abgasen zugeführt und mit diesen intensiv vermischt wird. Erdgas entzieht dabei für seine eigene Oxidation den Stickoxiden Sauerstoff. Das Rauchgas erhält jedoch dadurch einen unzulässig hohen Gehalt an CO und auch an H2. Es ist daher erforderlich, diesen an CO und H2 angereicherten Rauchgasen Ausbrandluft über Düsen, die im Brennschacht höher gelegen sind als die Düsen, über welche Erdgas zugeführt wird, zuzuführen, um dadurch eine vollständige Oxidation aller brennbaren Bestandteile zu bewirken.

Ein solches Verfahren könnte auch in Drehrohröfen, die für die Zementherstellung verwendet werden, in Calzinieröfen, in Sulfatzellstoff-Fabriken und ähnlichen Betrieben zur Reduktion von Stickoxiden eingesetzt werden. Das Problem, das die "Reburnlng"-Methode mit sich bringt, liegt jedoch darin, daß nicht in allen Standorten von Feuerungsanlagen Erdgas als Reduktionsmittel bereitgehalten werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, hier Abhilfe zu schaffen. Die Erfindung schlägt daher in diesem Sinne für ein Verfahren der eingangs genannten Art vor, daß das Reduktionsgas durch partielles Verbrennen (Vergasen) von gasförmigen, flüssigen oder festen Brennstoffen unter Sauerstoffmangel, insbesondere in einem separaten Vergasungsreaktor hergesteilt und den aus der Hauptverbrennung stammenden Rauchgasen zugeführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, die NOx-Reduktion unabhängig von der Möglichkeit, hiefür Erdgas einzusetzen, durchzuführen. Zur Vergasung kann auch Kohle eingesetzt werden. Als flüssiger Brennstoff kann beispielsweise Heizöl verwendet werden. Wesentlich hiebei ist jedoch, daß die Brennstoffe, ob sie nun gasförmig, flüssig oder fest sind, vergast werden. Hierunter ist eine partielle Verbrennung unter Sauerstoffmangel zu verstehen, wobei lediglich ein Teil des Brennstoffes zu CO2 und H2O verbrennt, der Rest jedoch als CO und H2 anfällt.

Die Vergasung kann nach unterschiedlichen Vorgangsweisen ausgeführt werden. Bei kleineren Vergasungsanlagen empfiehlt sich für den Fall, daß feste Brennstoffe zu vergasen sind, der Einsatz einer Wirbelschicht. Bevorzugt werden hiebei zirkulierende Wirbelschichten angewendet, weil sie bei gleicher Durchsatzleistung kleiner und damit kostengünstiger sind als Vergasungsapparate, in welchen eine stationäre Wirbelschicht zur Vergasung zur Anwendung kommt. Das Produktgas, das durch Vergasen in einer Wirbelschicht gebildet wird, ist jedoch mit Staub und unverbrannten Brennstoffen, insbes. Kokspartikeln beladen, die auch in einem Zyklon nicht vollständig abgeschieden werden können. Damit gelangen mit dem Reduktionsgas immer unverbrannte Kokspartikel in den Feuerraum des Dampferzeugers. Da an der Stelle der Einbringung, bedingt durch das Reduktionsgas, mit dem die Teilchen eingebracht werden, Sauerstoffmangel herrscht, können die Koksteilchen erst dann wieder verbrennen, wenn ihnen Luft, sogenannte ”Ausbrandn-Luft, zugeführt wird, mit welcher genügend Sauerstoff zur vollständigen Verbrennung mitgebracht wird. Nun ist jedoch zu berücksichtigen, daß das Verbrennen der mit den Reduktionsgasen mitgeführten Kokspartikel Zeit braucht, die Verweilzeit der Partikel in der heißen Brennkammer aber verhältnismäßig kurz ist, weil das Reduktionsgas erst relativ nahe des Brennraumausganges zugeführt wird. Im Hinblick auf die kurze Verweilzeit können daher nur solche Koksteilchen vollständig verbrennen, die entweder sehr klein sind, d.h. nur einige 10 um groß sind oder aber sehr reaktiv sind.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher vorgeschlagen, daß Kokspartikel eines insbesondere dso = 50 um übersteigenden Durchmessers aus den, insbesondere durch Vergasen von 2

Claims (4)

1. AT 399 297 B Kohle gebildeten Reduktionsgasen, vor deren Einführen in die Rauchgase der Hauptverbrennungsstufe entfernt werden, z.B. in einem Zyklon, in einem Filter, insbesondere mit keramischen Kerzen od.dgi. Abscheider. Da nun Koksteilchen aus Biomasse, wie Holz, Rinde oder Torf um Größenordnungen reaktiver als 5 Kokspartikel, die sich bei der Vergasung von Steinkohle bilden, sind, können dort größere Kokspartikel zugelassen werden. In einer besondereren Ausführungsform schlägt daher die Erfindung ein Verfahren vor, bei dem reaktive Kokspartikel eines dso = 100 um übersteigenden Durchmessers aus den beispielsweise durch Vergasen von Biomassen, wie Hoiz, Rinde, Torf usw. gebildeten Rauchgasen vor deren Einführen in die Rauchgase io der Hauptverbrennungsstufe, z.B. in einem Zyklon, in einem Filter, insbesondere einem Filter mit keramischen Kerzen od.dgl. Abscheider entfernt werden. Man wird daher trachten, den Vergaser zur Herstellung des Reduktionsgases mit einem Brennstoff zu betreiben, der zu Kokspartikeln führt, die reaktiver als Kokspartikel aus der Vergasung von Steinkohle sind. Wie vorstehend erwähnt, sind dabei Biomassen wie Holz, Rinde, Torf, besonders geeignet. 15 Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert, welche Anlagen zum Zerstören von Stickoxiden in Rauchgasen von Feuerungsanlagen zeigen. Rg. 1 veranschaulicht hiebei eine Anlage, in welcher das sogenannte "Reburning"-Verfahren ausgeübt werden kann, und Rg. 2 veranschaulicht schematisch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 20 In der Zeichnung ist dabei mit 1 der Feuerraum eines Dampferzeugers bezeichnet. Gemäß der Ausführungsform gemäß Fig. 1 werden dem Feuerraum über Brenner 2 der Brennstoff 3 (meist wird es sich um Kohle handeln) und die Verbrennungsluft 4 zugeführt. Das Verhältnis von Brennstoff zu Verbrennungsluft ist dabei so eingestellt, daß Sauerstoff im Überschuß zu dem für den jeweiligen Brennstoff theoretisch erforderlichen Sauerstoff vorhanden ist. Der im Brennstoff enthaltene Kohlenstoff findet, bedingt durch den 25 Luftüberschuß, gute Ausbrennbedingungen vor. Allerdings entstehen dabei auch Stickoxide, zu deren Reduktion über im Feuerraum 1 höher angeordnete Düsen 5 ein Reduktionsmittel 6 das beim "Reburnlng"-Verfahren Erdgas ist, zugeführt und mit dem Rauchgas intensiv vermischt wird. Den Stickoxiden wird dabei durch das Erdgas Sauerstoff entzogen. Diesen Sauerstoff benötigt das Erdgas zu seiner eigenen Oxidation. Das sich bildende Rauchgas enthält jedoch Wasserstoff und einen unzulässig hohen Gehalt an CO. Es wird 30 daher über Düsen 7 zusätzlich Ausbrandluft 8 dem Feuerraum zugeführt, sodaß eine vollständige Oxidation aller brennbaren Bestandteile stattfindet. Das in einer Anlage gemäß Fig. 2 ausübbare Verfahren kann nun unabhängig vom Vorhandensein von Erdgas die Reduktion der NOx durchführen. Die Brennstoffzufuhr ist hiebei durch den Pfeil 8 angedeutet. Der Brennstoff wird über ein Zeilenrad 9 und eine Förderschnecke 10 einem Wirbeischichtreaktor 11 35 zugeführt. In diesem befindet sich ein Sandbett 12, das durch Fluidisierungsluft, die über Düsen 13 in das Sandbett 12 eingebracht wird, fluidisiert wird. Im Wirbelschichtreaktor findet die Vergasungsreaktion statt und das sich bildende Reduktionsgas 14 wird einem Zyklon 15 zugeführt. Im Zyklon erfolgt die Abscheidung mitgerissener Sandpartikel und großer Koksteilchen. Im Falle als Brennstoff 8 Biomasse, wie Holz, Rinde, Torf verwendet wird, werden im Zyklon 15 Kokspartikel, deren Durchmesser 100 um übersteigt, 40 abgeschieden. Im Falle der Wirbelschichtreaktor mit Kohle betrieben wird, werden im Zyklon Teilchen, die den Durchmesser von 50 um übersteigen, abgeschieden. Die abgeschiedenen Teilchen (Sand und Koks) fließen über eine Leitung 16 und einen mit Fluidisierungsluft beaufschlagten Syphon 17 dem Sandbett 12 des Wirbelschichtreaktors 11 zu. Den Zyklon 15 verlassen sohin weitgehend entstaubte Reduktionsgase, die den Düsen 5 zugeführt werden und schließlich in den Feuerraum 1 gelangen. 45 Vor den Düsen 6 kann auch noch entweder statt des Zyklons 15 oder zusätzlich zum Zyklon 15 ein Abscheider 18 vorgesehen sein. Dieser Abscheider kann selbst als Zyklon mit kleinem Trennkorndurchmesser oder aber auch als Filter mit keramischen Kerzen ausgebildet sein. Oberhalb der Düsen 5 für die Zufuhr des Reduktionsmittels befinden sich die Düsen 7, über welche die Ausbrandluft zugeführt werden kann. so Patentansprüche 1. Verfahren zum Zerstören von Stickoxiden in Rauchgasen von Feuerungsanlagen durch Zusatz eines Reduktionsgases nach der Hauptverbrennungsstufe, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgas durch partielles Verbrennen (Vergasen) von gasförmigen, flüssigen oder festen Brennstoffen unter 55 Sauerstoffmangel insbesondere in einem separaten Vergasungsreaktor hergestellt und den aus der Hauptverbrennung stammenden Rauchgasen zugeführt wird. 3 AT 399 297 B
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Reduktionsgases Biomasse mittels eines sauerstoffhaltigen Mediums, insbes. Luft, partiell verbrannt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kokspartikel eines insbesondere dso =50 um übersteigenden Durchmessers aus den, insbesondere durch Vergasen von Kohle gebildeten Reduktionsgasen, vor deren Einführen in die Rauchgase der Hauptverbrennungsstufe entfernt werden, z.B. in einem Zyklon, in einem Filter, insbesondere mit keramischen Kerzen od.dgl. Abscheider.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß reaktive Kokspartikel eines dso = 100 um übersteigenden Durchmessers aus den beispielsweise durch Vergasen von Biomassen, wie Holz, Rinde, Torf usw. gebildeten Rauchgasen vor deren Einführen in die Rauchgase der Hauptverbrennungsstufe, z.B. in einem Zyklon, in einem Filter, insbesondere einem Filter mit keramischen Kerzen od.dgl. Abscheider entfernt werden. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4