DD234059A1

DD234059A1 - METHOD FOR DETOXIFYING THE SMOKE GASES OF FIRE EXTRACTS

Info

Publication number: DD234059A1
Application number: DD27263185A
Authority: DD
Inventors: Bernd Hamann; Hans Kaltwasser; H-Dieter Voigt; Klaus Hauptenbuchner; Horst Kaffka; Wolfgang Kluge; Gerhardt Manig
Original assignee: Buna Chem Werke Veb
Priority date: 1985-01-18
Filing date: 1985-01-18
Publication date: 1986-03-19

Abstract

Es kommen Trockenadditive bestimmter Korngroessenverteilung zur Verwendung. Die Zugabe erfolgt sowohl direkt in den Kohlestrom als auch an bestimmten Stellen vor allem im Ausgangsbereich des Feuerraumes. Durch diese spezielle Aufteilung der Zugabe des als Trocken-Additiv verwendeten Karbidkalkhydrates in Verbindung mit seiner bimodalen Korngroessenverteilung kommt es zu einer sehr guten Ausnutzung des Additivs bezuegl. der Umsetzung mit den toxischen Rauchgasbestandteilen insbes. mit Schwefeldioxid. Das Verfahren ist sowohl fuer kohlenstaubgefeuerte Kesselanlagen als auch fuer Wirbelschichtverbrennungsanlagen anwendbar.Dry additives of particular grain size distribution are used. The addition takes place both directly in the coal stream and at certain points, especially in the exit area of the furnace. This special division of the addition of the carbide-carbhydrate used as a dry additive in conjunction with its bimodal grain size distribution results in a very good utilization of the additive bezuegl. the implementation of the toxic flue gas components esp. With sulfur dioxide. The method is applicable both to pulverized coal fired boiler plants and to fluidized bed combustion plants.

Description

Title of the invention

Verfahren zur Entgiftung der Rauchgase von FeuerungsanlagenMethod for detoxifying the flue gases of combustion plants

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgiftung von Rauchgasen von Feuerungsanlagen, die mit Braunkohle unterschiedlichen Gehaltes an Ballaststoffen betrieben werden·The invention relates to a method for the detoxification of flue gases of combustion plants, which are operated with brown coal of different content of fiber ·

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, der zur Verbrennung vorgesehenen Braunkohle vor der Mahltrocknung bzw· vor dem Einblasen in den Feuerungsraum feinkörnige Additive zuzusetzen um den Schwefelgehalt des Rauchgases herabzusetzen· In der Auslegeschrift DE-PS 2 807 076 wird ein Verfahren zur Rauchgasentschwefelung von mit Braunkohle betriebenen Kesselfeuerungen durch Beimischung von Calciumoxid zur Braunkohle vor dem Feuerraum beschrieben, außerdem soll die Abscheideleistung der Elektrofilter verbessert und der Säuretaupunkt günstig beeinflußt werden· Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch die Tatsache, daß es unter den genannten Bedingungen zu Sintervorgängen durch die in der Kohle vorhandenen natürlichen mineralischen Verunreinigungen und die zugesetzten Additive mit bekannten negativen Folgen kommt. Außerdem werden lange Verweilzeiten und unwirtschaftlich hohe, überstöchiometrische Calcium-/Schwefel-Verhältnisse benötigt, woraus sich wiederIt is known to add fine-grained additives to the lignite for incineration before the mill-drying or into the combustion chamber in order to reduce the sulfur content of the flue gas. In Patent Specification DE-PS 2 807 076 a method for flue gas desulphurisation of lignite-fired boiler furnaces is known In addition, the separation efficiency of the electrostatic precipitator and the acid dew point is to be favorably influenced · Disadvantage of this method, however, is the fact that it under the conditions mentioned to sintering processes by the present in the coal natural mineral impurities and the added additives come with known negative consequences. In addition, long residence times and uneconomically high, superstoichiometric calcium / sulfur ratios are needed, which in turn

größere Mengen zu deponierender Abprodukte ergeben· Der Mangel vieler Trockenadditiv-Verfahren besteht vor allem darin, daß der Entschwefelungsgrad abhängig von der Braunkohlenart unterschiedlich ist und keine voll befriedigenden Ergebnisse infolge teilweiser Inaktivierung der Additive erhalten werden·The main drawback of many dry additive processes is that the degree of desulfurization differs depending on the brown coal type and no fully satisfactory results are obtained as a result of partial inactivation of the additives.

Zur Lösung dieses Problems wurden bereits verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen, die aber alle mehr oder weniger große Nachteile besitzen·To solve this problem, various possibilities have already been proposed, but all have more or less serious disadvantages.

So wurden z· B· die Additive mit Hilfe von luftstrahlen in der Uiähe des Feuerraumausgangs eingedüst, wobei es aber zu keiner homogenen Verteilung im Rauchgasstrom kommt, was wiederum zu einer nicht ausreichenden Umsetzung der Schadstoffe führt·Thus, for example, the additives were injected with the aid of air jets in the vicinity of the firebox outlet, but there is no homogeneous distribution in the flue gas stream, which in turn leads to an insufficient conversion of the pollutants.

Die vollständige Zugabe unmittelbar vor oder in die Brennerflamme mittels gasförmiger oder flüssiger Trägermittelströme oder die alleinige Zugabe in *den Kohlestrom führt ebenfalls zu teilweiser Inaktivierung der Additive, was z· T· wieder mit überstöchiometrischen Zugabeverhältnissen mit bereits genannten Nachteilen kompensiert wird. Auch die Zugabe des Additivs an mehreren, räumlich verschiedenen Stellen .des Feuerraumes mittels Verbrennungsluft und/oder Rauchgas führt nach den bekannten Verfahren und den dazu angegebenen Bedingungen zu nicht befriedigenden Ergebnissen und zu erhöhtem Additiv-Verbrauch (DE-PS 3 128 903, DE-PS 3 106 520).The complete addition immediately before or into the burner flame by means of gaseous or liquid carrier agent streams or the sole addition to the coal stream also leads to partial inactivation of the additives, which is again compensated for by overstoichiometric addition ratios with already mentioned disadvantages. The addition of the additive to a plurality of spatially different locations of the combustion chamber by means of combustion air and / or flue gas also leads to unsatisfactory results and increased additive consumption according to the known processes and the conditions specified therein (DE-PS 3,128,903). PS 3 106 520).

Aus gleichen Gründen führt die alleinige Zugabe von Additiven in den Rauchgasstrom und die anschließende Rezirkulation der im Gewebefilter abgeschiedenen Produkte in den Brennerraum (DE-PS 3 116 086) oder die alleinige Maßnahme der Erhöhung der relativen Feuchtigkeit des Rauchgases vor Eintritt in die Staubfilter (DE-PS 3 240 273) nicht zu einer befriedigenden Absenkung des Gehaltes an Giftstoffen in den Rauchgasen.For the same reasons, the sole addition of additives in the flue gas stream and the subsequent recirculation of deposited in the fabric filter products in the burner chamber (DE-PS 3 116 086) or the sole measure of increasing the relative humidity of the flue gas before entering the dust filter (DE -PS 3 240 273) does not lead to a satisfactory reduction in the content of toxins in the flue gases.

Die Erzielung der für die Additiv-Reaktion günstigen Feuerraumtemperatur ζ« B. allein durch Zugabe von kaltem Rauch-The achievement of the furnace temperature, which is favorable for the additive reaction, is achieved solely by adding cold smoke.

gas führt neben auftretenden energetischen und wirtschaftlichen Problemen ebenfalls nicht zu einer ausreichenden Entschwefelung bezogen auf den Additiv-Einsatz (DE-PS 3 133 321, DE-PS 3 020 145)·Gas leads not only to occurring energetic and economic problems to a sufficient desulfurization based on the additive use (DE-PS 3,133,321, DE-PS 3 020 145) ·

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, den Gehalt an Giftstoffen in den ν J Rauchgasen von Feuerungsanlagen, die mit Braunkohle, die Schwefel-, Chlor- und Fluorverbindungen enthält, betrieben werden, herabzusetzen·The aim of the invention is to reduce the content of toxic substances in the ν J flue gases of combustion plants, which are operated with lignite containing sulfur, chlorine and fluorine compounds, ·

Explanation of the essence of the invention

- Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird - The technical problem which is solved by the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Entgiftung von Rauchgasen aus Feuerungsanlagen, die mit Braunkohlen unterschiedlichen Ballaststoffgehaltes betrieben werden, zu entwickeln, das auf der Basis von Trockenadditiven arbeitet, der Heizflächenverschmutzung entgegen wirkt und den Einsatz verminderter Additivmengen ermöglicht·The object of the invention is to develop a process for the detoxification of flue gases from combustion plants which are operated with lignites of different fiber content, which works on the basis of dry additives, counteracts heating surface contamination and allows the use of reduced additive amounts.

- Merkmale der ErfindungFeatures of the invention

Die Aufgabe wird erfindungsgemaß gelöst, in dem Karbidkalkhydrat mit einer bimodalen Kornverteilung und Kornverteilungsmaxima im Bereich von 0,1 bis 70 μη und von 250 bis 3500 ^m in einer Menge von 1 bis 99 Masse-% dem Kohlestrom zugesetzt wird und 99 bis 1 Masse-^ dieses Additivs am Ende des Feuerraumes eingespeist werden, wobei zur Förderung des am Ende des Feuerungsraumes zugesetzten Karbidkalkhydrates ein Teil des Rauchgasstromes zirkuliert oder zusätzlich luft verwendet wird, und die Verbrennung der Braunkohle in einer defi-The object is achieved according to the invention is added in the carbide with a bimodal particle size distribution and grain distribution maxima in the range of 0.1 to 70 μη and from 250 to 3500 ^ m in an amount of 1 to 99% by mass of the coal stream and 99 to 1 mass This additive is fed in at the end of the combustion chamber, whereby a portion of the flue gas flow is circulated or additional air is used to convey the carbide lime hydrate added at the end of the combustion chamber, and the combustion of the lignite is defined.

nierten, oxidierenden Fe uerraumat Biosphäre mit einem Luftverhältnis von 1,4 bis 1,6 und bei Temperaturen, abhängig vom Peuerungaprinzip, im Bereich von 760 bia 1 200 ⁰C erfolgt· Daa Karbidkalkhydrat beaitzt durch aeine Entstehung eine außerordentlich charakteristische, gleichmäßige und z. T. feinteilige Kornstruktur mit einer hohen apezifiachen Oberfläche· Unter den Eeaktionabedingungen der Peuerungaanlagen laufen die Entwässerung dea Karbidkalkhydrates und die Oxidation dea Kohleschwefels relativ achnell ab, ao daß die Umsetzung dea SOg mit dem CaO in oxidierender Atmosphäre die geschwindigkeitsbestimmende Reaktion für die Stoffwandlungen zur Einbindung dea Kohleschwefels in die featen Verbrennungsrückstände ist· Daa erfindungsgemäße Verfahren ist entsprechend aeiner Auslegung und der Variabilität der Additiv-Teilstrom-Mengen sehr gut an verschiedenen Feuerungsprinzipien anpaßbar und kann erfolgreich z· B· bei Brennerfeuerungen ala auch bei Wirbelschichtverbrennungen zum Einsatz gebracht werden, wobei aich in jedem Falle die bimodale Kornverteilung dea Additivs abhängig von den Verweilzeiten unter Reaktionabedingungen als beaonders vorteilhaft erweiat·nated, oxidizing Fe uerraumat biosphere with an air ratio of 1.4 to 1.6 and at temperatures, depending on the Peuerungaprinzip, in the range of 760 bia 1 200 ⁰ C is carried out · Daa carbide calcareous baht by a formation of an extraordinarily characteristic, uniform and z. T. fine-particle structure with a high apezifiachen surface · Under the Eeaktionabedingungen the Peueraanlagen dewatering of carbide and the carburetion of carbon dioxide sulfur relatively quickly, ao that the reaction dea SOg with the CaO in an oxidizing atmosphere, the rate-determining reaction for the material transformations dea dea Carbonaceous sulfur in the featen combustion residues is · Daa inventive method is aaer interpretation and the variability of the additive substream quantities very well adaptable to different Feuerungsprinzipien and can be successfully z. B. For burner firing ala also be used in fluidized bed burns used aich in In each case, the bimodal particle size distribution of the additive, depending on the residence times under reaction conditions, is found to be particularly advantageous.

Die geschwindigkeitabestimmende Reaktion des Schwefeldioxids mit dem Calciumoxid ist als heterogene Reaktion abhängig entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren von der Dauer des Kontaktes zwischen gasförmigen Verbrennungsprodukten und dem Additiv-Feststoff sowie von der Struktur und der spezifischen Oberfläche des Additivs, Die Oberfläche des Additivs wird durch die Sulfat-Bildung, durch Sinterung vzw· von sulfidischen Bindungszuständen, durch Abrieb und Kornzerfall verändert· Das , Verweilzeitspektrum läßt sich bei dem hier beschriebenen Verfahren abhängig vom Feuerungsprinzip und der Korngrößenverteilung des Additivs steuern»The velocity-determining reaction of the sulfur dioxide with the calcium oxide is dependent as a heterogeneous reaction according to the inventive method on the duration of contact between gaseous combustion products and the additive solid and of the structure and the specific surface of the additive, The surface of the additive is characterized by the sulfate Formation, by sintering vzw · sulfidic bonding states, by abrasion and grain disintegration changed · The residence time spectrum can be controlled in the method described here depending on the firing principle and the particle size distribution of the additive »

Die Verwendung des Karbidkalkhydrats als Trockenadditiv zur Rauchgasreinigung ergibt aufgrund seiner bimodalen Teilchengrößenverteilung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren günstige Voraussetzungen für eine hohe Additiv-Verwertung· Im Korn-The use of the carbide as a dry additive for flue gas cleaning results due to its bimodal particle size distribution according to the inventive method favorable conditions for a high additive recovery · In grain

grSßenbereieh von 250 bis 3 500 μχα erfolgt die Umsetzung der toxischen Rauchgasbestandteile vorallem über Porendiffusion im Inneren der Teilchen, d· h· bei diesem Anteil des Addi- * tivs ist die Verweilzeit unter Reaktionsbedingungen für den Entschwefelungsgrad von Bedeutung, z· B· bei Zugabe zum Kohlestrom· Die feinteilige Fraktion, die bis zu 75 Masse-% des Additivs ausmacht, setzt sich dagegen bei kurzen Verweilzeiten in überwiegender Obsrflächenreaktion auch bei hohen 7er- f~\ brennungstemperaturen ohne die Bildung eingesinterter:, nicht reagierter CaO-Kerne, beispielsweise durch Zugabe am Ende des Feuerraumes um·As far as 250 to 3,500 μχα is concerned , the reaction of the toxic flue gas constituents takes place above all via pore diffusion inside the particles, ie at this proportion of the additive the residence time under the reaction conditions is of importance for the degree of desulphurisation, for example when added for coal stream · the fine particle fraction, which accounts for up to 75 mass% of the additive, on the other hand continues with short residence times in a predominant Obsrflächenreaktion even at high 7er f ~ \ combustion temperatures without the formation eingesinterter :, unreacted CaO cores, for example by Addition at the end of the combustion chamber ·

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Lage durch entsprechende Variation des Verhältnisses der beiden Additivströme und der Feuerraum-Bedingungen, Rauchgase, die bei der Verfeuerung von Braunkohlen unterschiedlichen und auch sehr hohen Gehaltes an Verunreinigungen entstehen, zu entschwefeln und andere toxische Verunreinigungen der Rauchgase zu reduzieren·The method according to the invention is able to desulphurise and reduce other toxic pollutants of the flue gases by corresponding variation of the ratio of the two additive streams and the combustion chamber conditions, flue gases which arise during the combustion of brown coal of different and also very high content of impurities.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat überdies den Vorteil, daß große überstöchiometrische Ad.ditivzusätze nicht notwendig sind und die damit verbundenen lachteile entfallen·The inventive method also has the advantage that large superstoichiometric Additivzusätze are not necessary and the associated Lachteile omitted ·

Die Erfindung soll an nachstehenden Beispielen näher erläutert werden:The invention will be explained in more detail by the following examples:

example 1

In einer üblichen kohlenstaubgefeuerten Kesselanlage, in der Braunkohle mit einem Schwefelgehalt von S? « 1,4 bis 1,8 Masse-% zum EiiiSatz kommt, wird Karbidkalkhydrat (KKS) mit einem Restwassergehalt von < 9 Masse-% und nachstehender Kornverteilung zum Einsatz gebracht:In a conventional pulverized coal fired boiler plant, in the brown coal with a sulfur content of S? "1.4 to 1.8% by mass is used, carbide (KKS) is used with a residual water content of <9% by mass and the following particle size distribution:

< 75 /um: 70<75 / um: 70

Maximum im Bereich von 10 bis 30/UmMaximum in the range of 10 to 30 / Um

> 800/um: 20 Masse-%> 800 / um: 20% by mass

Maximum im Bereich von 1 600 bia 3 000 ^Maximum in the range of 1 600 bia 3 000 ^

Dabei wird ein Teil dem Kohlestrom vor Einblasen in den Kessel zugesetzt und ein zweiter Teil an der Umlenkstelle vom 1. Zug zum Querzug des Kessels pneumatisch in den Rauchgasstrom eingetragen· Die Temperaturen im eigentlichen Verbrennungsraum betragen ca· 1 150 ⁰C bei einem luftverhältnis von 1,3· An der zweiten Zugabestelle herrschen Temperaturen von etwa 850 bis 900 ⁰C.Here, a part is added to the coal stream prior to injection into the boiler and a second portion at the deflection from 1 train to the transverse tension of the boiler pneumatically introduced into the flue gas stream · The temperatures in the actual combustion chamber be ca · 1150 ⁰ C at an air ratio of 1 At the second point of addition, temperatures of about 850 to 900 ^° C. prevail.

Die Aufteilung der Additivströme, die erzielten Entschwefelungsgrade und das Ca/S-Verhältnis ergeben sich aus nachstehender Tabelle.The distribution of the additive streams, the achieved desulfurization and the Ca / S ratio are shown in the table below.

Vers uch-Attempt- KKH-ZusatzKKH additive KKH-ZusatzKKH additive Ca/S-Ca / S Entschwefelungsdesulfurization Hr.Mr. im Kohlein the coal nach derafter Verhält-proportionate gradDegree stromelectricity Verbrennungcombustion nisnis ßz-gßz-g 11 100100 00 1,351.35 3939 22 9090 1010 1,351.35 40 bis 4140 to 41 33 8080 2020 1,351.35 4444 44 7575 2525 1,351.35 4646

Yergleichsbeispiel:Yergleichsbeispiel:

Einsatz von KKH ohne bimodale VerteilungUse of KKH without bimodal distribution

Versuehs-Hr.Versuehs-Hr.

ΛΚΗ-Zusatz im Kohlestrom ΑΙ 00ΛΚΗ additive in coal flow ΑΙ 00

KKH-Zusatz nach der Verbrennung /la-^7KKH additive after combustion / la ^ 7

Ca-/S-Verhält· nisC / S ratio

1,351.35

Entschwefelungs· gradDesulphurisation degree

36 bis 3736 to 37

Example 2

In einer kleintechnischen Wirbelschichtverbrennungsanlage, in der Braunkohle gern· Beispiel 1 mit einer Körnung von 0,01 bis 4 BÜß und Arbeitsgeschwindigkeiten von 2,5 bis 3»0 m«sec bei einem Luftverhältnis von 1,3 und Temperaturen von ca. 820 ⁰C verbrannt wird, kommt KKH mit einer Teilchengrößenverteilung gern· Beispiel 1 und einem Eestwassergehalt 4. 8 Masse-% als Trockenadditiv zum Einsatz· Uach Erreichen stabiler Betriebsbedingungen wurden folgende Ergebnisse erzielt :In a small-scale fluidized bed combustion plant, in lignite like · Example 1 with a grain size of 0.01 to 4 BÜß and working speeds of 2.5 to 3 »0 m« sec at an air ratio of 1.3 and temperatures of about 820 ⁰ C. is burned, KKH with a particle size distribution like · Example 1 and a Eestwassergehalt 4. 8% by mass is used as a dry additive · After reaching stable operating conditions, the following results were obtained:

Tersuchs- Br.Test Br. KKH-Zusatz im Kohlestrom - ßa-ff KKH additive in the coal stream - ßa-ff Ca/S- VerhältnisCa / S ratio Entschwefelungs gradDesulphurisation degree A BA B 100 100100 100 2 1,92 1.9 95 9095 90

Vergleichsbeispiel:Comparative Example:

Einsatz von KEH ohne bimodale VerteilungUse of KEH without bimodal distribution

Yersuchs- Ir.Yersuchs Ir. KEH-Zusatz im Kohlestrom /ßa-'ff KEH additive in the coal flow / ßa-'ff Ca/S- TerhältnisCa / S ratio Entschwefelungs gradDesulphurisation degree CC 100100 22 85.85th

Claims

8 Inventions addressed

For the detoxification of flue gases from combustion plants operating with lignite of different dietary fiber content, characterized in that carbide lime hydrate having a bimodal particle size distribution and distribution maxima in the range of 0.1 to 70 ^ m and 250 - 3 500 / im in one Amount of 1 to 99% by mass is added to the coal stream and 99 to 1% by mass of this additive are fed to the end of the furnace, wherein for conveying the carbide lime added at the end of the firing space a portion of the gas stream is circulated or additional air is used and the Combustion of lignite in a defined, oxidizing furnace atmosphere with an air ratio of 1.4 to 1.6 and at temperatures, depending on the Feuerungsprinzip, in the range of 760 to 1200 ⁰ C ·