BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbinden von in Rauchgasen aus einer Verbrennung fossiler, mineralstoffhaltiger Brennstoffe, insbesondere Braun- und Steinkohle, enthaltenen gasförmigen Schadstoffen wie Schwefeloxid, Fluor- und Chlorverbindungen.
Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen Rauchgase, die Schadstoffe enthalten. Diese Schadstoffe belasten die Aussenluft, so dass versucht worden ist, diese Schadstoffe durch Zugabe von Additiven in die Rauchgase abzubinden. Die Reaktionsfähigkeit der Additive ist abhängig von der Temperatur, so dass für den Hoch-, Mittel- und Niedertemperaturbereich jeweils besondere Additive erforderlich sind, um das Reaktionsoptimum zu erzielen. Die Temperaturabhängigkeit des Reaktionsvermögens legt ihrerseits den Zugabeort für die Additive fest. So können Additive, deren Reaktionsoptimum im Hochtemperaturbereich liegt, dem Brennstoff vor der Verbrennung zugegeben werden. Im Mittel- und Niedertemperaturbereich optimal reagierende Additive werden hingegen ausserhalb des Feuerraums den Rauchgasen zugemischt.
Der Einsatz von Additiven ist jedoch relativ teuer, so dass die Behandlung ausschliesslich mit Additiven wirtschaftlich ungünstig ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bei einer Verbrennung fossiler Brennstoffe anfallenden Schadstoffe auf wirtschaftlichere Weise abzubinden und damit unschädlich zu machen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Flugasche mit den ihr enthaltenen Mineralstoffen wie Kalziumoxid und Magnesiumoxid, nach dem Abscheiden in einem Filter trocken und/ oder als Suspension, gegebenenfalls unter Zugabe von Additiven wie Kalk, Magnesiumoxid und Kalkstein, den aus der Feuerung kommenden Rauchgasen, vorzugsweise Rauchgasen des mittleren (300 0C bis 500 C) bzw. niederen (80 0C bis 300 C) Temperaturbereichs, zugemischt werden.
Es können bei Einsatz von in die Rauchgase rückgeführter Flugasche zur Erhöhung des Einbindegrades der Schadstoffe zusätzlich Additive eingesetzt werden, die entweder zusammen mit der Flugasche als Gemisch oder aber von der Flugasche getrennt an verschiedenen Orten in den vorgenannten Temperaturbereichen dem Rauchgas zugegeben werden.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens auf Dampferzeuger mit einer Braunkohle- bzw. Steinkohlefeuerung liegen die Zugabeorte für die Flugasche bzw. die Flugasche und das Additiv zwischen Kesselheizflächenende und Luftvorwärmer oder zwischen Luftvorwärmer und Filter.
Die vorgenannten Streckenabschnitte gewährleisten Temperaturbereiche, in denen sowohl die in der Flugasche befindlichen Mineralstoffe als auch die Additive ihr Reaktionsoptimum entwickeln. Die Zugabe der Flugasche bzw.
Flugasche und Additive kann im Kreuz-, Gegen- oder Gleichstrom erfolgen.
Die Zugabe der Behandlungsmittel kann an verschiedenen Stellen geschehen, und zwar entweder im Mittel- und/ oder nur im Niedertemperaturbereich. Die Wahl der verschiedenen Eingabeorte hängt davon ab, wie stark die Einbindung der Schadstoffe in die Mineralstoffe der Flugasche bzw. Flugasche und Additive ist.
Vorzugsweise werden im mittleren Temperaturbereich Flugasche bzw. Flugasche und Additive als Suspension und im Niedertemperaturbereich trocken beigemischt.
Eng mit der den Rauchgasen zugegebenen Menge der Behandlungsmittel verbunden ist die Tatsache, dass bei einmaligem Umlauf ihr Einbindevermögen noch nicht voll ausgeschöpft ist. Die Erfindung sieht daher vor, dass die Behandlungsmittel mehrmals dem Rauchgas zugegeben werden. Dies setzt natürlich voraus, dass die Behandlungsmittel an einer bestimmten Stelle des Rauchgasstromes abgeschieden und in den Prozess wieder zurückgeführt werden.
Um ein intensives Durchmischen der Behandlungsmittel und des Rauchgases zu gewährleisten, kann im mittleren und im niederen Temperaturbereich nach der Behandlungsmittelzugabe ein Mischer zum intensiven Durchmischen der
Rauchgase und der Behandlungsmittel angeordnet sein.
Da in dieser Mischstrecke die überwiegende Einbindung der Schadstoffe an die den Rauchgasen zugegebenen Mittel erfolgt, kann hinter dem Mischer bereits ein Vorabscheiden der Behandlungsmittel erfolgen.
Um das Schwefeldioxid praktisch vollständig und dar über hinaus auch die Stickoxide sowie restliche Schwermetalle und Flugstaubreste aus dem Rauchgas zu entfernen, kann das Rauchgas nach dem Abscheiden der Flugasche oder des Gemischs aus Flugasche und Additiven mit einem reduzierenden Gas, vorzugsweise Ammoniak, behandelt und das Gasgemisch durch eine Aktivkohle- oder -koksschicht zum Entfernen der Stickoxide, des restlichen 502 sowie der Schwermetalle und des Flugstaubs geleitet werden.
Erfindungsgemäss wird dabei zunächst in einer ersten Reinigungsstufe die Flugasche mit den in ihr enthaltenen Mineralstoffen, wie Kalziumoxid und Magnesiumoxid nach dem Abscheiden in einem Filter in trockener und/oder suspendierter Form, gegebenenfalls unter Zugabe von Additiven wie Kalk, Magnesiumoxid und/oder Kalkstein, den aus der Feuerung kommenden Rauchgasen, vorzugsweise Rauchgase im mittleren (300 bis 500 C) und/oder niederen (150 bis 300 C) Temperaturbereichen wieder zugemischt.
Die danach noch nicht abgeschiedenen Stickoxide sowie das restliche SO2 werden erfindungsgemäss nach dem Abscheiden der Behandlungsmittel in einer weiteren Reinigungsstufe entfernt. In dieser Reinigungsstufe wird das Rauchgas mit einem reduzierenden Gas behandelt und über bzw. durch eine Schicht eines Katalysators aus Aktivkohle oder Aktivkoks geleitet. Vorzugsweise wird das Rauchgas durch ein mit Aktivkohle oder Aktivkoks beladenes Filter gedrückt. Mit dem reduzierenden Gas reagieren die Stickoxide unter dem Einfluss des Katalysators unter Bildung von Stickstoff. Als reduzierendes Gas kommt vor allem Ammoniak infrage.
Bei Verwendung von Ammoniak laufen in dem Filter aus Aktivkohle/Aktivkoks gleichzeitig folgende Reaktionen ab: 6 NO + 4NH3 e 5N2 + 6H20 2 SO2 + 02 + 2 H20 #2H2SO4 2 SO2 + 4 NH3 + 02 + 2 H20 o 2(NH4)2S04.
Vorzugsweise arbeitet der Katalysator aus Aktivkohle/ Aktivkoks in einem Temperaturbereich von 100 bis 150 C, also bei heute üblichen Abgastemperaturen von Grosskesselanlagen.
In dem Aktivkohle/Aktivkoks-Filter werden gleichzeitig auch noch Reste insbesondere der Schwermetalle und des Flugstaubs abgeschieden.
Wird als reduzierendes Gas Ammoniak verwendet, so wird dieses bevorzugt als wässrige Lösung in den Rauchgasstrom eingedüst.
Der Nachteil eines Aktivkohle/Koksadsorbers liegt darin, dass sich die mit den Schadstoffen hochbeladene Aktivkohle/Koksschicht nur mit erheblichem Aufwand desorbieren, d.h. reinigen lässt und die Verluste bzw. der Verbrauch an Aktivkohle/Aktivkoks, die Wirschaftlichkeit des Verfahrens bedeutend mindert. Durch die erfindungsgemässe Verfahrensweise, bei der ein grosser Teil der Schadstoffe schon vor dem Eintritt des Rauchgases in das Aktivkohlefilter entfernt werden, ist die Filterbelastung wesentlich geringer.
Hierdurch wird die Standzeit des Aktivkohleabsorbers verlängert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Schema eines Dampferzeugers, bei dem ausschliesslich Flugasche als Behandlungsmittel im Mitteltemperaturbereich eingespeist wird,
Fig. 2 das Schema eines Dampferzeugers, bei dem Flugasche und Additive im Niedertemperaturbereich eingespeist werden,
Fig. 3 ein Verfahrensschema, bei dem Flugasche und Additive als Suspension im Mitteltemperaturbereich sowie Flu- gasche und Additiv trocken im Niedertemperaturbereich eingespeist werden und
Fig. 4 ein Verfahrensschema, bei dem die Behandlungsmittel im Mitteltemperaturbereich zugesetzt werden und kein Vorabscheiden erfolgt, sondern das Rauchgas mit dem Behandlungsmittel einen Luftvorwärmer durchströmen.
Nach Fig. 1 wird den Rauchgasen aus einem beliebigen Feuerungssystem 1 des Dampferzeugers 2 unmittelbar hinter oder vor der letzten Heizfläche Flugasche zugegeben. Das Feuerungssystem kann eine Steinkohlenschmelzfeuerung, eine Feuerung mit trockenem Ascheabzug, ein Wanderrost oder ein Wirbelschichtkessel sein, jedoch auch eine Ölfeuerung oder ein anderes Feuerungssystem. In den Strahlungsheizflächen 2a und den Überhitzungsheizflächen 2b sowie den Berührungsheizflächen 2c werden die Rauchgase auf ein Temperaturniveau von etwa 300 bis 500 0C abgekühlt. Die Flugasche entstammt einem Vorabscheider 3 und einem Hauptabscheider 4. Über die Leitungen 5, 6 und 7 erfolgt der Transport der Flugasche.
In den Rauchgasweg des Dampferzeugers 2 ist hinter oder vor der letzten Heizfläche eine Flugaschezugabevorrichtung 8 eingebaut, die eine erste gleichmässige Verteilung der Flugasche im Rauchgas vornimmt. Stromabwärts befindet sich ein Mischer 9, der auch als Nachschaltheizstrecke ausgestaltet sein kann, in der neben der Fortsetzung des Durchmischens ein wesentlicher Anteil der Schadstoffeinbindung erfolgt. Die nicht für die Schadstoffeinbindung erforderliche Flugasche wird über die Leitung 10 aus dem Vorabscheider 3 abgezogen. Das Rauchgas durchströmt dann einen Luftvorwärmer 12.
Um eine ausreichende Menge an Flugasche für die Schadstoffeinbindung zur Verfügung zu haben, wird bei 11 die noch im Rauchgas enthaltene Schadstoffmenge gemessen und über diesen Messwert die Zugabemenge der Flugasche zu den Rauchgasen gesteuert. In Strömungsrichtung hinter der Messstelle 11 ist ein Saugzuggebläse 20 angeordnet, mittels dessen die Rauchgase durch ein Aktivkohle/Aktivkoks Filter 22 gedrückt werden. Vor diesem Filter wird bei 24 Ammoniak gleichmässig in den Rauchgasstrom eingedüst.
Nach dem Filter 22 gelangt das Rauchgas in den Schornstein 26.
In Fig. 2 werden Flugasche und Additiv, hinter dem Luftvorwärmer 12 über eine Vorrichtung 8a eingespeist. Ein intensives Mischen von Flugasche, Additiv und Rauchgas mit gleichzeitigem weitgehenden Schadstoffeinbinden erfolgt in dem stromabwärts eingebauten Mischer 9a. Flugasche und Additiv werden in einem Mischer 14 aufbereitet. Dabei werden das Additiv über die Leitung 13 und die Flugasche über die Leitung 7a gefördert. Die Steuerung der bei 8a eingegebenen Menge an Flugasche und Additiv wird wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch eine Schadstoffmessung des Rauchgases bei 1 la vollzogen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 werden zum Einbinden der Schadstoffe Flugasche und Additiv in suspendierter und in trockener Form zugegeben. Dabei werden Flugasche und Additiv in suspendierter Form bei 8b mit anschliessender Vorrichtung 9b zum intensiven Durchmischen mit den Rauchgasen und in trockener Form bei 8c mit anschliessender Mischvorrichtung 9c zugegeben. Die Suspension wird in einem Mischer erzeugt, wobei Flugasche über die Leitung 7b, Additiv über die Leitung 13a und Wasser über die Leitung 16 zugeführt werden. Aus dem Mischer 15 wird die Suspension über die Leitung 17 mit Pumpe 18 der Eingabestelle 8b zugeführt. Dieser Zugabeort liegt im Mitteltem peraturbereich. Der Zugabeort für Flugasche und Additiv in trockener Form liegt bei 8c im Niedertemperaturbereich.
Die Zugabe geschieht in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2. Die Flugasche wird aus dem Vorabscheider 3b über die Leitung lOb ausgetragen. Die Menge der an den verschiedenen Zugabeorten eingespeisten Behandlungsmittel wird wie bei den in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Verfahren über den in den Rauchgasen bei 1 lb gemessenen Schadstoffanteil gesteuert.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Rauchgase nach Durchströmen des Luftvorwärmers 12, in dem ein nochmaliges gutes Durchmischen stattfindet, durch den Rauchgaszug zu einem Elektro- oder Schlauchfilter 4 strömen. Die abgeschiedene Flugasche und/oder Additive werden aus dem Filter 4 abgezogen und zur Einblasstelle 8 des Kessels zurückgeführt. Bei 28 wird frisches Additiv zugeführt, bei 10 wird eine entsprechende Menge von Flugasche und/oder Additiv aus dem Kreislauf ausgeschleust.
DESCRIPTION
The invention relates to a method for setting gaseous pollutants, such as sulfur oxide, fluorine and chlorine compounds, contained in flue gases from combustion of fossil fuels containing minerals, in particular lignite and hard coal.
The combustion of fossil fuels creates flue gases that contain pollutants. These pollutants pollute the outside air, so attempts have been made to bind these pollutants by adding additives to the flue gases. The reactivity of the additives depends on the temperature, so that special additives are required for the high, medium and low temperature range in order to achieve the optimum reaction. The temperature dependence of the reactivity in turn determines the place of addition for the additives. Additives with an optimum reaction in the high temperature range can be added to the fuel before combustion. In the medium and low temperature range, additives that react optimally are mixed in with the flue gases outside the combustion chamber.
However, the use of additives is relatively expensive, so that treatment with additives is economically unfavorable.
The invention is therefore based on the object of setting off the pollutants resulting from the combustion of fossil fuels in a more economical manner and thus rendering them harmless.
To achieve this object, a method is proposed according to the invention in which the fly ash with the minerals it contains, such as calcium oxide and magnesium oxide, after separation in a filter dry and / or as a suspension, optionally with the addition of additives such as lime, magnesium oxide and limestone , the flue gases coming from the furnace, preferably flue gases of the medium (300 0C to 500 C) or low (80 0C to 300 C) temperature range, are mixed.
When using fly ash returned to the flue gases to increase the degree of binding of the pollutants, additional additives can be used, which are added to the flue gas either together with the fly ash as a mixture or separately from the fly ash at different locations in the above-mentioned temperature ranges.
When using the method according to the invention on steam generators with a lignite or hard coal firing, the places of addition for the fly ash or fly ash and the additive lie between the end of the boiler heating surface and the air preheater or between the air preheater and filter.
The aforementioned route sections ensure temperature ranges in which both the minerals in the fly ash and the additives develop their optimum reaction. The addition of the fly ash or
Fly ash and additives can be made in cross, counter or cocurrent.
The treatment agents can be added at various points, either in the medium and / or only in the low temperature range. The choice of the different input locations depends on how strong the integration of the pollutants in the minerals of the fly ash or fly ash and additives is.
Fly ash or fly ash and additives are preferably added as a suspension in the medium temperature range and dry in the low temperature range.
The amount of treatment agents added to the flue gases is closely linked to the fact that their one-time circulation does not fully utilize their binding power. The invention therefore provides that the treatment agents are added to the flue gas several times. Of course, this presupposes that the treatment agents are separated at a certain point in the flue gas flow and returned to the process.
In order to ensure intensive mixing of the treatment agents and the flue gas, a mixer for intensive mixing can be used in the medium and low temperature range after the treatment agent addition
Flue gases and the treatment agent can be arranged.
Since the majority of the pollutants are incorporated into the agents added to the flue gases in this mixing section, the treatment agents can be pre-separated behind the mixer.
In order to remove the sulfur dioxide from the flue gas practically completely and also to remove the nitrogen oxides as well as remaining heavy metals and fly dust residues, the flue gas can be treated with a reducing gas, preferably ammonia, after separating the fly ash or the mixture of fly ash and additives and the gas mixture through an activated carbon or coke layer to remove the nitrogen oxides, the remaining 502 as well as the heavy metals and the airborne dust.
According to the invention, the fly ash with the minerals it contains, such as calcium oxide and magnesium oxide, is deposited in a filter in a dry and / or suspended form, optionally with the addition of additives such as lime, magnesium oxide and / or limestone, in a first cleaning stage Flue gases coming from the furnace, preferably flue gases in the medium (300 to 500 C) and / or low (150 to 300 C) temperature ranges are mixed again.
According to the invention, the nitrogen oxides which have not yet been separated off as well as the remaining SO2 are removed in a further cleaning step after the treatment agents have been separated off. In this cleaning stage, the flue gas is treated with a reducing gas and passed over or through a layer of a catalyst made of activated carbon or activated coke. The flue gas is preferably forced through a filter loaded with activated carbon or activated coke. The nitrogen oxides react with the reducing gas under the influence of the catalyst to form nitrogen. Ammonia is the most suitable reducing gas.
When using ammonia, the following reactions take place simultaneously in the activated carbon / activated coke filter: 6 NO + 4NH3 and 5N2 + 6H20 2 SO2 + 02 + 2 H20 # 2H2SO4 2 SO2 + 4 NH3 + 02 + 2 H20 o 2 (NH4) 2S04 .
The activated carbon / activated coke catalyst preferably operates in a temperature range from 100 to 150 ° C., that is to say at the usual exhaust gas temperatures of large boiler systems.
In the activated carbon / activated coke filter, residues, in particular of heavy metals and airborne dust, are also separated at the same time.
If ammonia is used as the reducing gas, it is preferably injected into the flue gas stream as an aqueous solution.
The disadvantage of an activated carbon / coke adsorber is that the activated carbon / coke layer highly loaded with the pollutants desorb only with considerable effort, i.e. can be cleaned and the losses or consumption of activated carbon / activated coke significantly reduces the economic viability of the process. Due to the procedure according to the invention, in which a large part of the pollutants are removed before the flue gas enters the activated carbon filter, the filter load is significantly lower.
This extends the service life of the activated carbon absorber.
The invention is explained below with reference to an embodiment shown in the drawing. The drawing shows:
1 is a diagram of a steam generator, in which only fly ash is fed as a treatment agent in the medium temperature range,
2 shows the diagram of a steam generator, in which fly ash and additives are fed in in the low temperature range,
3 shows a process diagram in which fly ash and additives are fed in as a suspension in the medium temperature range, and flugas and additive dry in the low temperature range, and
4 shows a process diagram in which the treatment agents are added in the medium temperature range and no pre-separation takes place, but rather the flue gas with the treatment agent flows through an air preheater.
1, fly ash is added to the flue gases from any combustion system 1 of the steam generator 2 immediately behind or in front of the last heating surface. The furnace system can be a coal-fired furnace, a furnace with dry ash extraction, a traveling grate or a fluidized bed boiler, but also an oil furnace or another furnace system. The flue gases are cooled to a temperature level of about 300 to 500 ° C. in the radiant heating surfaces 2 a and the overheating heating surfaces 2 b and the contact heating surfaces 2 c. The fly ash comes from a pre-separator 3 and a main separator 4. The fly ash is transported via lines 5, 6 and 7.
In the flue gas path of the steam generator 2, a fly ash addition device 8 is installed behind or in front of the last heating surface, which device performs a first even distribution of the fly ash in the flue gas. Downstream there is a mixer 9, which can also be designed as a post-heating section, in which, in addition to the continued mixing, a substantial proportion of the pollutant incorporation takes place. The fly ash that is not required for the binding of pollutants is withdrawn from the pre-separator 3 via the line 10. The flue gas then flows through an air preheater 12.
In order to have a sufficient amount of fly ash available for the inclusion of pollutants, the amount of pollutant still contained in the flue gas is measured at 11 and the amount of fly ash added to the flue gases is controlled via this measured value. In the flow direction behind the measuring point 11 there is a suction fan 20, by means of which the flue gases are pressed through an activated carbon / activated coke filter 22. In front of this filter, 24 ammonia is injected evenly into the flue gas stream.
After the filter 22, the flue gas reaches the chimney 26.
2, fly ash and additive are fed in behind the air preheater 12 via a device 8a. Intensive mixing of fly ash, additive and flue gas with simultaneous extensive incorporation of pollutants takes place in the mixer 9a installed downstream. Fly ash and additive are processed in a mixer 14. The additive is conveyed via line 13 and the fly ash via line 7a. The control of the amount of fly ash and additive entered at 8a is carried out as in the exemplary embodiment according to FIG. 1 by a pollutant measurement of the flue gas at 1 la.
In the embodiment according to FIG. 3, fly ash and additive are added in suspended and dry form to bind the pollutants. Fly ash and additive are added in suspended form at 8b with subsequent device 9b for intensive mixing with the flue gases and in dry form at 8c with subsequent mixing device 9c. The suspension is produced in a mixer, fly ash being fed via line 7b, additive via line 13a and water via line 16. From the mixer 15, the suspension is fed via line 17 with pump 18 to the input point 8b. This addition location is in the middle temperature range. The place of addition for fly ash and additive in dry form is 8c in the low temperature range.
The addition takes place in the same way as in the embodiment of FIG. 2. The fly ash is discharged from the pre-separator 3b via the line 10b. The amount of the treatment agents fed in at the various addition sites is controlled, as in the methods described in FIGS. 1 and 2, via the pollutant content measured at 1 lb in the flue gases.
FIG. 4 shows an exemplary embodiment in which the flue gases flow through the flue gas duct to an electric or bag filter 4 after flowing through the air preheater 12, in which a thorough mixing takes place again. The separated fly ash and / or additives are withdrawn from the filter 4 and returned to the blowing point 8 of the boiler. At 28 fresh additive is added, at 10 a corresponding amount of fly ash and / or additive is removed from the cycle.