DD239345A1 - Verfahren zur reinigung von abgasen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen, wobei durch Kopplung von Konditionierungs- und Aktivierungsverfahren des Rauchgases eine effektive Schadgasreduzierung erreicht wird. Dies wird dadurch erreicht, dass erfindungsgemaessa) nach Luftvorwaermer das Rauchgas zur Temperaturabsenkung unter Vermeidung einer Saeurekondensation durch Wasser, eine andere Fluessigkeit oder eine Suspension konditioniert wird,b)danach feinkoernige basische Additive zur Schadgaseinbindung zugegeben werden,c)das Rauchgas mit den Additiven durch eine im Rauchgasstrom verdueste Fluessigkeit und/oder Additivsuspension nachaktiviert wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rauchgasentschwefelung von Kohlefeuerungen mittels Additiven.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß beim Betrieb von großen Feuerungsanlagen, wie z. B. Dampferzeugern für die Elektro- und/oder Wärmeerzeugung, in gesteigertem Umfang auf den Umweltschutz Rücksicht genommen werden muß. Dabei sind insbesondere die Schadstoffemissionswerte der Feuerungsanlagen so niedrig wie möglich zu halten. Demgegenüber ist aus volkswirtschaftlichen Gründen ein steigendes Bedürfnis gegeben. Kohle mit geringer Qualität, insbesondere Braunkohle, einzusetzen, die beim Verbrennen einen relativ hohen Anteil an Schadstoffen erzeugt.

Dabei ist im besonderen auf die Konzentration des Schwefels in Form von Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid in den Rauchgasen zu achten.

Die Verfahren zur Rauchgasentschwefelung lassen sich in Naß-, Halbtrocken- und Trockenverfahren gliedern. Naßverfahren erreichen zwar hohe Entschwefelungsgrade, sind aber anlagentechnisch kompliziert, verlangen einen hohen Investitionsaufwand und weisen Probleme bei der Verwertung bzw. Deponie der Endprodukte auf.

Um die Schwefelemission zu reduzieren, wurde bereits vorgeschlagen, Additivpulver oder Additivsuspension als Adsorptionsmittel einzusetzen. Bekannte Additive sind Flugaschen, Schlacken, Kalkstein, Kalziumkarbonat, Kalziumhydroxid, Alkalikarbonat, Erdalkali-Oxid u.a. sowie wäßrige Lösungen davon (DE-OS 29 19 542, DE-OS 33 32 928, DE-OS 30 03 220, DE-OS 30 20 145).

Die Zugabe der Additive erfolgt dabei im Feuerraum in unterschiedlichster Art und Weise. (DE-OS 3003 220, DE-OS 3128 903, DE-OS 3020 145, DE-OS 3306 795).

Diese bekannten Trockenadditiwerfahren zeigen jedoch nicht unter allen Bedingungen günstige Ergebnisse, wobei unter anderem die Art der eingesetzten Kohle eine Rolle spielt. Bei manchen Kohlearten ist die Entschwefelung der Rauchgase ungenügend, da es offensichtlich infolge zu hoher Feuerraumtemperaturen zu einem Totbrennen des eingesetzten kalkhaltigen Materials kommt.

Zur Erhöhung des Entschwefelungsgrades können die Additive gekühlt und mit tiefen Temperaturen in den Feuerraum gegeben werden.

(DD-PS WP B 01 D/249 958 0, DD-PS 223 365 WP B 01 D/256 755 2).

Additivsuspensionen werden in bekannter Weise in den Rauchgasstrom und/oder den Abgasstrom, in Filterkammern oder einen separaten Reaktor mittels Düsen oder Rotationszerstäuber eingebracht. (DE-OS 3117 835, DE-OS 3219 354, DE-OS 2919 542).

Bekanntjst ebenfalls die Möglichkeit, die Oberflächenspannung der feinstzerstäubten Additiv-Suspension durch Anlegen einer Spannungsquelle, Einwirkung von Ultrarotstrahlung und durch spezielle Zusätze zu verringern (DE-OS 3307 999).

Die in einem Strom der heißen Abgase zerstäubten Tropfen der Suspension werden zu einem Pulver getrocknet, absorbieren gleichzeitig einen Teil des Schwefeldioxids, werden im Elektro- bzw. Magnetabscheider selektiert und zur Herstellung der Additivsuspension rückgeführt (US-PS 3932 587, DE-OS 2919 542, CS-PS 96 138).

Die Nachteile der genannten Verfahren sind:

— es wird keine Wärmenutzung durchgeführt,

— der Ausnutzungsgrad der Additive ist ungenügend.

— die SO₂-Aushaltung ist nicht optimal,

— die Verfahren sind ökonomisch nicht effektiv.

Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, daß die relative Feuchtigkeit des Rauchgases durch dessen Abkühlung auf eine niedrigere Temperatur, welche jedoch über dem Wassertaupunkt des Rauchgases liegt, absenkt. Das erfolgt mittels Wärmeaustauscher und/oder durch das Einspritzen von Wasser in das Rauchgas (DD-PS 206816). Dieses Verfahren ist mit folgendem Nachteil behaftet:

— es sind filternde Abscheider erforderlich, die nicht in jedem Fall gegeben sind bzw. bisher nicht üblich sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine effektive, ökonomisch günstige verfahrenstechnische Lösung zur Rauchgasentschwefelung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf der Grundlage umfangreicher und aufwendiger Versuchsarbeiten durch Kopplung von Konditionierungs- und Aktivierungsverfahren des Rauchgases eine effektive Schadgasreduzierung zu erreichen. Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß

a) nach Luftvorwärmer das Rauchgas zur Temperaturabsenkung unter Vermeidung einer Säurekondensation durch Wasser, eine andere Flüssigkeit oder eine Suspension kondensiert wird,

b) danach feinkörnige basische Additive zur Schadgaseinbindung zugegeben werden,

c) das Rauchgas mit den Additiven durch eine im Rauchgasstrom verdünstete Flüssigkeit und/oder Additivsuspensionen nachaktiviert wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, wobei in der Zeichnung folgendes dargestellt ist:

Im Rauchgaskanal 1 mit Luftvorwärmer 2 befinden sich die Zerstäubungseinrichtung für Vorkonditionierung 4, der Zerstäubungstrockner 5 mit vorgeschaltetem Vorratsbehälter 6 und Förderorgan 7 sowie die Zerstäubungseinrichtung für Nachkonditionierung 8. Die Rauchgase gelangen anschließend über den Elektroabscheider 3 mit Aschesammeltrichter 9 in den nicht dargestellten Schornstein.

Dem Elektroabscheider 3 ist eine Ascheaufbereitung 11 nachgeordnet, die über die Rückführungsleitung 10 mit dem Vorratsbehälter 6 verbunden ist.

Beispiel 1

Der Rauchgsstrom eines braunkohlengefeuerten Dampferzeugers wird im Bereich nach Luftvorwärmer 2 bis Elektroabscheider 3 zur Rauchgasentschwefelung behandelt. Nach Luftvorwärmer 2 hat das schadgashaltige Rauchgas eine Temperatur von ca. 460K. In diesem Bereich wird über die Zerstäubungseinrichtung 4 die Verkonditionierung durchgeführt, indem Wasser verdünstete wird. Das Wasser, das sofort verdampft, verbessert durch die Temperaturabsenkung um ca. 50° (Wassereindüsung =25g/kg Rauchgas) und die Erhöhung des Wasserdampfgehaltes die Reaktionsbedingungen für die Absorption. Befinden sich im Wasser alkalische Bestandteile bzw. werden alkalische Bestandteile der Flugasche benetzt, findet bereits im Bereich der Vorkonditionierung eine Schadstoffeinbindung statt, wobei das Rauchgas enthaltene SO₃ zu einem großen Teil (bis auf <0,0001 Vol.-%) gebunden wird.

An die Vorkonditionierung schließt sich die trockene Additivzugabe an. Das Additiv ist eine kalkhaltige Filterasche aus dem Elektroabscheider 3 mit folgender Zusammensetzung (Auszug):

SiO₂ AI2O3 MgO CaO Fe₂Os andere Alkali-u. Erdalkaliverbindungen

50,3 13,5 2,3 11,9 9,8

Diese Asche ist gegenüber der Rohgasasche vor Elektroabscheider mit dem Bestandteil CaO angereichert. Diese für das Verfahren günstige Anreicherung erfolgt durch die selektive Abscheidewirkung der Elektroabscheider. Die vorliegende Additivasche wurde der Feinreinigung entzogen, da dort die CaO-Bestandteile vor allem aufgrund ihres sehr hohen elektrischen Widerstandes und der kleinen Korngröße überdurchschnittlich anfallen. Diese Asche wird zur Erhöhung der Wirksamkeit der Kalkbestandteile in der Ascheaufbereitung 11 behandelt. Dort erfolgt über eine Sichtung eine weitere CaO-Anreicherung und durch eine anschließende Mahlung ein weiteres Aufschließen o.g. Bestandteile bis in den Korngrößenbereich <5μιτι. Über die Rückführleitung 10 wird die so behandelte Asche in den Vorratsbehälter 6 gefördert. Über ein Förderorgan 7 wird die aufbereitete Asche dem Trockenzerstäuber 5 zugeführt und im Rauchgasstrom fein dispergiert. Durch die vorhergehende Konditionierung mit Wasser ergeben sich solche Reaktionsbedingungen, daß ein Teil des in der dispergieren Asche enthaltenen Kalkes mit den sauren Schadgasen, hauptsächlich SO₂, reagiert. Die Nachkonditionierung, ebenfalls mit Wasser, bringt eine weitere Schadgaseinbindung. Hinsichtlich der einzelnen Verfahrensschritte ergeben sich folgende Effekte. Vorkonditionierung: SO₂-Einbindung durch alkalische Bestandteile der Flugasche 10% deutlicher Senkung Schwefelsäuretaupunktes.

Additivsodierung: wirksame SO₂-Einbindung in trockener Phase durch Verbesserung der Reaktionsbedingung aus der Vorkonditionierung 10... 15%.

Nachkonditionierung: da sich die relative Feuchte dem Wert von 1 nähert (Rauchgastemperatur von 10... 15° über dem Wassertaupunkt wird erreicht), stellen sich für die Chemisorption der alkalischen Bestandteile mit dem SO2 günstige Bedingungenein; durch die Additivzugabe ist soviel Kalk zugeführt worden, daß der stöchiometrische Faktor zwsichen 1 und 1,5 liegt; daraus resultiert eine SO₂ Einbindung bis zu 50%

Damit ergeben sich für das Verfahren Entschwefelungsgrade von 75—80%.

Beispiel 2

Das mit Flugasche und sauren Schadgasen beladene Rauchgas analog Ausführungsbeispiel 1 wird mit einem durch Eindickung mit Kalk angereicherten Kühlwasser vorkonditioniert.

Da sich in diesem Kühlwasser weitaus mehr gelöste Kalkbestandteile als in anderen Wässern befinden, wird durch die Vorkonditionierung ein Entschwefelungsgrad erreicht, der bei gleicher Wassermenge und gleichen Rauchgas- und Flugascheparametern wie im Ausführungsbeispiel 1 ca. 5% höher liegt.

Über die Zerstäubungsrichtung 8 wird ein kalkhaltiger Schlamm verdünstet. Der kalkhaltige Schlamm enthält Feststoff bis zu 50%. Der Feststoffgehalt ist abhängig vom zu erreichenden stöchiometischen Verhältnis; der Wassergehalt vom Wassertaupunkt, wobei eine Temperatur von 10... 15° über dem Taupunkt eingehalten wird. Da der für die Absorption verwertbare Kalkanteil im Schlamm nicht ausreicht (max. Feststoffanteil 50% darf nicht überschritten werden), ein stöchiometrisches Verhältnis zwischen 1 und 1,5 zu erhalten, wird derselbe Kalkträger zusammen mit rückgeführter Feinasche aus dem Elektroabscheider als Feinkörniges, trockenes Additiv über dem Zerstäuber 5 zugegeben, wobei eine vorherige Aufmahlung erfolgt.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel schon durch die Vorkonditionierung eine höhere SO2-Einbindung erfolgt und die Reaktionsbedingungen nach der Additivdosierung und der Nachkonditionierung günstig sind, werden bei diesem Verfahren Entschwefelungsgrade von 80 bis 90% erreicht.

Vorteile der Erfindung

— der Ausnutzungsgrad der Additive wird durch die Konditionierung des Rauchgases umfassend verbessert,

— dadurch werden auch die im Rauchgasstrom enthaltenen Aschebestandteile zur Schadstoffeinbindung genutzt,

— durch ein mehrfaches Einbringen von Additiven in unterschiedlicher Form sowie eine Nachaktivierung dieser Additive wird eine weitere Erhöhung der SO₂-Aushaltung erreicht,

— das Verfahren ist ökonomisch effektiv und verlangt im Vergleich zu bekannten Verfahren einen niedrigeren Investaufwand.

Claims (8)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Reinigung von Abgasen, insbesondere zur Rauchgasentschwefelung, mit Additiven,gekennzeichnet dadurch, daß

   a) nach Luftvorwärmer des Rauchgas zur Temperaturabsenkung unter Vermeidung einer Säurekondensation durch Wasser, eine andere Flüssigkeit oder eine Suspension konditioniert wird.

   b) danach feinkörnige basische Additive zur Schadgaseinbindung zugegeben werden,

   c)das Rauchgas mit den Additiven durch eine im Rauchgasstrom verdüste Flüssigkeit und/oder Additivsuspension nachaktiviert wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Flüssigkeit und/oder Additivsuspension zur Konditionierierung aus Wasser, Abwasser, Kühlwasser, basischen Abwässern und Schlämmen, wie Rückständen der Wasser- bzw. Abwasserbehandlung, alkalischen Regenerationsabwässern, Reaktorschlamm, Rotschlamm, physikalisch und chemisch aufbereiteten und aktivierten Aschen, Kalziumhydroxid und/oder Kalziumkarbonat zusammengesetzt wird.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als basisches Additiv ein schadstoffabsorbierender Feststoff bzw. Feststoffgemisch in feinstteiliger Form, vorzugsweise Kalziumhydroxid, chemisch und/oder physikalisch aufbereitete und aktivierte Aschen u. a. eingesetzt wird.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß eine ein- oder mehrstufige Zugabe durchgeführt wird.
5. 5. Verfahren nach Punkt 1,3 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß das basische Additiv mit dem Gasstrom und/oder entgegen dem Gasstrom und/oder in einem Winkel zum Gasstrom eingegeben wird.
6. 6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß das vorhandene Rauchgaskanalsystem und/oder Reaktor als Reaktionsraum verwendet werden.
7. 7. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß die im Abscheider anfallenden Feststoffe selektiert und anschließend als Additiv dem Prozeß zugeführt werden.
8. 8. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die basischen Additive vor dem Einbringen fein aufgemahlen und/oder gesichert werden.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung