DD247587A3

DD247587A3 - BINDING OF POLLUTANTS FROM EXHAUST GASOLATED COMBUSTION PLANTS BY MEANS OF ASH

Info

Publication number: DD247587A3
Application number: DD25627283A
Authority: DD
Inventors: Horst Mueller; Roman Mueller; Guenter Kretzschmann; Rainer Strauss; Oskar Junge
Original assignee: Zittau Ing Hochschule
Priority date: 1983-11-03
Filing date: 1983-11-03
Publication date: 1987-07-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bindung von Schadstoffen aus Abgasen kohlegefeuerter Verbrennungsanlagen, wobei der Chemikalienzusatz reduziert wird und gleichzeitig eine Waermerueckgewinnung mit einem relativ hohen Exergieniveau moeglich ist. Die Erfindung ist vor allem bei braunkohlengefeuerten Waermeerzeugungsanlagen wie Kondensationskraft-, Heizkraft- und Heizwerken anwendbar. Durch Abkuehlung des Abgases bis unter den Taupunkt des Wasserdampfes im Abgas in einem Hybridwaermeuebertrager bestehend aus einer Kombination von Oberflaechenwaermeuebertrager und Mischwaermeuebertrager, im direkten Gegenstrom zu einer eingebrachten Kuehlfluessigkeit wird die Alkalitaet eines Teils der Aschebestandteile zur Neutralisation der sauer reagierenden Abgasbestandteile genutzt und gleichzeitig eine exergetisch hochwertige Waermerueckgewinnung realisiert.The invention relates to a method and an arrangement for binding pollutants from exhaust gases of coal-fired incinerators, wherein the addition of chemicals is reduced and at the same time a heat recovery with a relatively high exergy level is possible. The invention is particularly applicable to lignite-fired heat generating plants such as Kondensationskraft-, Heizkraft- and heating plants. By Abkuehlung the exhaust gas to below the dew point of the water vapor in the exhaust gas in a Hybridwaermeuebertrager consisting of a combination of Oberflaechenwaermeuebertrager and Mischwaermeuebertrager, in direct countercurrent to an introduced Küehlfluessigkeit the Alkalitaet part of the ash constituents used to neutralize the acidic exhaust components and at the same time an exergetic high quality Heat recovery realized.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft den Einsatz von Asche zur teilweisen Bindung von Schadstoffen aus Abgasen kohlegefeuerter Verbrennungsanlagen, wobei der Chemikalienzusatz reduziert wird sowie eine entsprechende Anordnung zur Durchführung. Die Erfindung ist vor allem bei braunkohlenbeheizten Wärmeerzeugeranlagen wie Kondensationskraft-, Heizkraft- und Heizwerken anwendbar.The invention relates to the use of ash for the partial binding of pollutants from exhaust gases of coal-fired incinerators, wherein the addition of chemicals is reduced and a corresponding arrangement for carrying out. The invention is particularly applicable to lignite-fired heat generator systems such as Kondensationskraft-, Heizkraft- and heating plants.

Characteristic of the known technical solutions

Die Reinigung der Verbrennungsgase kann technologisch in eine Entstaubung und eine chemische Reinigung gegliedert werden. Bei kleinen Anlagen wird das Abgas oftmals ungereinigt, also unentstaubt und ohne chemische Behandlung in die Atmosphäre gestoßen.The purification of the combustion gases can be structured technologically into a dedusting and a dry cleaning. In small plants, the exhaust gas is often unpurified, so dusted and encountered without chemical treatment in the atmosphere.

Mittlere und auch Großanlagen wie Braunkohlenkraftwerke realisieren z.Z. auf jeden Fall eine Entstaubung der Abgase. In einigen Fällen schaltet man nach einer leistungsstarken Entstaubungsanlage auch chemische Reinigungen, wie Waschanlagen mit Neutralisationsmittel, nach.Medium and large plants such as lignite power plants realize z.Z. In any case, a dedusting of the exhaust gases. In some cases, after a high-performance dedusting system, you can also switch to dry cleaning, such as neutralizing agents.

International besteht der Trend, Abgase höchstmöglich zu entstauben. Es werden den bekannten Zyklonen und elektrostatischen Abscheidern teilweise Zellulose- und Schlauchfilter der verschiedensten Bauart nachgeschaltet, um das Abgas frei von Flugascheteilchen zu machen.Internationally there is a trend to dedust exhaust gases as much as possible. The known cyclones and electrostatic precipitators are followed in part by cellulose and bag filters of various designs in order to make the exhaust gas free of flyash particles.

Auf Grund umfangreicher Forschungsergebnisse über Schadwirkungen von Abgasen sucht man international intensiv nach leistungsstarken Abgasreinigungsverfahren.On the basis of extensive research results on the harmful effects of exhaust gases, there is an intensive international search for high-performance exhaust gas purification processes.

In jüngster Zeit sind viele Verfahren zur Reinigung von Abgasen bekannt geworden, welche sich fast ausschließlich auf Verbrennungsanlagen für Brennstoffe mit geringem Wassergehalt, wie Steinkohle-, Öl-, Gas- und die Müllverbrennung, beziehen.Recently, many methods have been known for purifying exhaust gases, which relate almost exclusively to incinerators for low water content fuels such as hard coal, oil, gas and waste incineration.

Es sind Trockenverfahren mit Akzeptoren (DD-PS-111025) aber auch Abgaswaschverfahren (DE-OS 2110630 und 2735566) zum Abscheiden der Schadstoffe bekannt.There are dry methods with acceptors (DD-PS-111025) but also exhaust gas scrubbing methods (DE-OS 2110630 and 2735566) for separating the pollutants known.

Bei den z.Z. bekannten Naßverfahren wird die Reinigung der Verbrennungsabgase nach der vorgeschalteten Entstaubung bis auf Ausnahmen mittels Chemikalieneinsatz realisiert. Kennzeichnend für alle Abgasreinigungsverfahren ist die Zielstellung nach einer erhöhten Abgasentstaubung. Dies trifft sowohl für Anlagen ohne als auch für Anlagen mit anschließender chemischer Reinigung der Abgase zu.At the z.Z. known wet process, the cleaning of the combustion gases is realized after the upstream dedusting except for exceptions by using chemicals. Characteristic of all emission control methods is the objective after increased exhaust gas dedusting. This applies both to plants without and to plants with subsequent chemical cleaning of the exhaust gases.

Ein spezielles Verfahren für ein Kraftwerk für Steinkohle mit speziellen Ascheeigenschaften sieht die chemische Reinigung der Abgase mit Hilfe der Flugasche und einer alkalischen Flüssigkeit vor, wobei das Abgas in einem Wäscher in der ersten Phase von den Ascheteilchen getrennt wird und die chemische Reinigung der aschefreien Abgase im Gegenstrom mit der im Kreislauf geführten Aschelösung unter möglichen Zusatz einer weiteren alkalischen Flüssigkeit erfolgt. Dabei ist die Abkühlung der Abgase durch die Waschflüssigkeit allein bei Abgasen mit so hohen Wasserdampfgehalten, wie sie bei der Verbrennung von Rohbraunkohle auftreten, nur mit einer großen Menge Waschflüssigkeit möglich, so daß die Bedingungen für eine Wärmerückgewinnung bzw. die Schadstoffbindung eingeschränkt werden und das Verfahren unrentabel arbeiten würde.A special procedure for a coal-fired power plant with special ash properties involves the chemical cleaning of the waste gases by fly ash and an alkaline liquid, with the waste gas being separated from the ash particles in a first stage scrubber and the chemical cleaning of the ashless waste gases in the ash Counterflow is carried out with the recirculated ash solution with the possible addition of another alkaline liquid. In this case, the cooling of the exhaust gases by the washing liquid alone in exhaust gases with high water vapor contents, as they occur in the combustion of lignite coal, only possible with a large amount of washing liquid, so that the conditions for heat recovery or pollutant binding are restricted and the process would work unprofitable.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, im Abgas braunkohlenbeheizter Verbrennungsanlagen enthaltene Schadstoffe teilweise zu binden, wobei der Chemikalieneinsatz zu reduzieren ist. Die Abkühlung der Abgase ist dabei mit einer exergetisch hochwertigen Wärmerückgewinnung zu koppeln.The aim of the invention is to partially bind pollutants contained in the exhaust of lignite-fired incinerators, wherein the use of chemicals is to be reduced. The cooling of the exhaust gases is coupled with an exergetic high-quality heat recovery.

Explanation of the essence of the invention

Die technische Aufgabe besteht darin, daß durch die Nutzung von im Abgas befindlicher Flugasche das staubbeladene Abgas im direkten Gegenstrom zur zugeführten Kühl- und Waschflüssigkeit mit dem Ziel der Ascheabscheidung, Kühlung und Schadstoffbindung durch einen Hybridwärmeübertrager geführt wird. Im Hybridwärmeübertrager, bestehend aus einer Kombination von Kontakt- und Oberflächenwärmeübertrager, erfolgt die Abkühlung des Abgases bis unter den Taupunkt des im Abgas befindlichen Wasserdampfes, vorzugsweise 313 K bis 333K und die Reinigung des Abgases selbst.The technical problem is that the dust-laden exhaust gas is passed in direct countercurrent to the supplied cooling and washing liquid with the aim of ash separation, cooling and pollutant binding by a hybrid heat exchanger through the use of fly ash located in the exhaust. In the hybrid heat exchanger, consisting of a combination of contact and surface heat exchanger, the cooling of the exhaust gas to below the dew point of the water vapor in the exhaust gas, preferably 313 K to 333 K and the purification of the exhaust gas itself.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, das Abgas unentstaubt bzw. in Abhängigkeit des spezifischen Flugascheanteils und des Schadstoffbindevermögens nur teilentstaubt, ggf. vorgekühlt einem Hybridwärmeübertrager zuzuführen.The solution according to the invention provides for the exhaust gas to be dedusted or, depending on the specific fly ash fraction and the pollutant binding capacity, to be partially dedusted, possibly supplied to a hybrid heat exchanger in a precooled state.

In dem Hybridwärmeübertrager wird das Abgas zum einen durch eine zugeführte und verteilte Kühlflüssigkeit und zum anderen durch ein, vom Kühlmittel durchströmten Oberflächenwärmeübertrager bis unter den Taupunkt der Wasserbestandteile im Abgas, aber mindestens auf ca. 313 K bis 333 K, abgekühlt.In the hybrid heat exchanger, the exhaust gas is cooled on the one hand by a supplied and distributed cooling liquid and on the other by a, flowed through by the coolant surface heat exchanger to below the dew point of the water constituents in the exhaust gas, but at least about 313 K to 333 K.

embodiment

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll das Verfahren näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt: Figur 1: technologischer Aufbau eines Hybridwärmeübertragers zur Abgasreinigung mittels FlugascheBased on an embodiment, the method will be explained in more detail. In the accompanying drawing shows: Figure 1: technological construction of a hybrid heat exchanger for exhaust gas purification by fly ash

Das unentstaubte bzw. teilentstaubte Abgas wird mittels der Leitung 2 in einen Hybridwärmeübertrager 1, dereine Kombination von Oberflächenwärmeübertrager, mit den Kühlflächen und Mischwärmeübertrager, mit der in Kühlmittelleitung 4 geführten und über ein Verteilersystem 5 versprühten Kühlflüssigkeit, darstellt, bei Höhe 18 eingekleidet und im direkten Gegenstrom zur Kühlflüssigkeit, die bei Höhe 19 verteilt wird, nach oben geleitet.The dust-free or partially dedusted exhaust gas is by means of the line 2 in a hybrid heat exchanger 1, which is a combination of surface heat exchanger, with the cooling surfaces and mixing heat exchanger, with the guided in the coolant line 4 and sprayed via a distributor system 5 cooling liquid, dressed at height 18 and in the direct Countercurrent to the cooling liquid, which is distributed at altitude 19, led upwards.

Um den Neutralisationsprozeß zu aktivieren, befinden sich Rieseleinbauten 6 unterhalb der Höhe 18, die gemeinsam mit den Kühlflächen von 3 als Reaktionsfläche dienen. In die Kühlmittelleitung 4 ist eine Laugenleitung 7 eingebunden, über die mittels einer Laugendosiereinrichtung 8 und einer Laugendosierungsregelung 9 eine alkalische Flüssigkeit der Kühlflüssigkeit beigemischt wird.To activate the neutralization process, Rieseleinbauten 6 are below the height 18, which serve together with the cooling surfaces of 3 as a reaction surface. In the coolant line 4, a liquor line 7 is integrated, via which by means of a Laugendosiereinrichtung 8 and a Laugendosierungsregelung 9 an alkaline liquid of the cooling liquid is added.

Das entstehende Schadstoffkondensat wird zusammen mit der Kühlflüssigkeit und den suspendierten bzw. benetzten Ascheteilchen mittels einer Aschesuspensionsleitung 10 aus dem unteren Teil des Hybridwärmeübertragers 1 einer Filteranlage 11 zugeführt. Mittels einer Aschesuspensionsleitung 12 und einer Pumpe 13 wird mindestens ein Teil der Aschesuspension in die Kühlmittelleitung 4 und damit in den Hybridwärmeübertrager 1 zurückgeführt.The resulting pollutant condensate is fed together with the cooling liquid and the suspended or wetted ash particles by means of an ash slurry line 10 from the lower part of the hybrid heat exchanger 1 a filter unit 11. By means of an ash suspension line 12 and a pump 13 at least a portion of the ash suspension is returned to the coolant line 4 and thus into the hybrid heat exchanger 1.

Die nicht zurückgeführte Aschelösung verläßt die Filteranlage 11 über Aschesuspensionsleitung 14.The non-recirculated ash solution leaves the filter unit 11 via ash suspension line 14.

Das staubbeladene Abgas tritt mit einer Temperatur von 373 K bis 423 K bei Höhe 18 in den Hybridwärmeübertrager 1 ein und gibt seine Enthalphie direkt an die oberen Kühlflächen des Oberflächenwärmeübertragers 3 sowie an das versprühte Kühlmedium ab und verläßt den Hybridwärmeübertrager 1 oberhalb des Verteilersystems 5 entstaubt und mit verminderter Schadstoffbelastung über die Leitung 15 mit einer Temperatur von 313 K bis 333 K.The dust-laden exhaust gas enters the hybrid heat exchanger 1 at a temperature of 373 K to 423 K at altitude 18 and discharges its enthalpy directly to the upper cooling surfaces of the surface heat exchanger 3 and to the sprayed cooling medium and leaves the hybrid heat exchanger 1 above the distribution system 5 dedusted and with reduced pollutant load via the line 15 with a temperature of 313 K to 333 K.

Die über das Verteilersystem 5 eingebrachte Kühlflüssigkeit fungiert zusammen mit dem aus dem Abgas kondensierten Wasserdampf als Lösungsmittel für die gasförmigen Schadstoffe des Abgases sowie als Benetzungs- und Lösungsmittel für die Aschebestandteile des Abgases.The introduced via the distributor system 5 cooling fluid acts together with the condensed water from the exhaust gas as a solvent for the gaseous pollutants of the exhaust gas and as wetting and solvent for the ash components of the exhaust gas.

Das Abgaskondensat fungiert zusammen mit der zugeführten Kühlflüssigkeit als Lösungsmittel für die ebenfalls im Abgas vorhandenen Schadstoffe sowie als Benetzungs- und Lösungsmittel für die vom Abgas mitgeführten Ascheteilchen.The exhaust gas condensate acts together with the supplied cooling liquid as a solvent for the pollutants also present in the exhaust gas and as wetting and solvent for the entrained ash particles ash.

Während ein Teil der gelösten Schadstoffe, wie z. B. SO2, SO₃, Halogene und Stickoxide, chemisch sauer reagieren, tragen die im Abgaskondensat bzw. in der Kühlflüssigkeit suspendierten Alkali- und Erdalkalioxide der im Abgas enthaltenen Ascheteilchen chemisch basischen Charakter, so daß es im Hybridwärmeübertrager zu einer gewissen Chemosorption kommt, die durch die geregelte Zugabe weiterer gelöster, chemisch alkalischer Stoffe in die Kühlflüssigkeit verstärkt werden kann. Dieser Anteil geht gegen Null, wenn ausreichend Flugasche der erforderlichen Zusammensetzung im Abgas vorhanden ist.While some of the dissolved pollutants, such. B. SO2, SO ₃ , halogens and nitrogen oxides, react chemically acid, carry in the exhaust gas condensate or suspended in the liquid alkali and alkaline earth oxides of the ash particles contained in the exhaust gas chemically basic character, so that it comes in the hybrid heat exchanger to a certain chemosorption, the can be amplified by the controlled addition of other dissolved, chemically alkaline substances in the cooling liquid. This proportion approaches zero if there is sufficient fly ash of the required composition in the exhaust gas.

Durch die direkte Gegenstromführung des staubbeladenen Abgases zur Kühlflüssigkeit und der Rezirkulation mindestens eines Teiles der Aschesuspension erhält man eine optimale Ausnutzung der alkalisch reagierenden Aschebestandteile.The direct countercurrent flow of the dust-laden exhaust gas to the cooling liquid and the recirculation of at least a portion of the ash suspension gives optimum utilization of the alkaline-reacting ash constituents.

Gleichzeitig ist durch gleichzeitige Kühlung des Abgases mittels Kontakt- und Oberflächenwärmeübertrager eine Nutzung der Abgaswärme, die an das Medium in den Kühlflächen des Oberflächenwärmeübertragerteils des Hybridwärmeübertragers abgegeben wird, mit einem relativ hohen Exergiegehalt möglich.At the same time by simultaneous cooling of the exhaust gas by means of contact and surface heat exchanger use of the exhaust heat that is released to the medium in the cooling surfaces of the Oberflächenwärmeübertragerteils of Hybridwärmeübertragers, with a relatively high Exergiegehalt possible.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wurde durch die Kombination von an sich in der Technik bekannten Mitteln, wie Wärmerückgewinnung und Abgasreinigung, ein Verfahren entwickelt, daß entgegen den bekannten Reinigungsverfahren durch die gleichzeitige Abwärmenutzung und Nutzung der Flugaschebestandteile zur teilweisen Abgasreinigung volkswirtschaftlich rentabel arbeitet.With the solution according to the invention, a method was developed by the combination of per se known in the art, such as heat recovery and emission control, that contrary to the known cleaning process by the simultaneous use of waste heat and use of the fly ash components for partial emission control works economically viable.

Claims

Invention claim:

1. A method for binding pollutants from exhaust gases of coal-fired incinerators, in which dust-laden exhaust gas in a hybrid heat exchanger, consisting of a combination of surface heat exchanger and mixing heat exchanger in direct countercurrent from bottom to top is led to a distributed coolant, wherein the exhaust gas to below the dew point of in the exhaust gas located water vapor, preferably 313 to 333 K, is cooled, characterized in that dissolved in the exhaust gas condensate and in the cooling liquid acidic pollutants, such as SO3, SO2, halogens and nitrogen oxides, also dissolved in the exhaust gas condensate and in the cooling liquid and suspended alkaline and alkaline earth substances of the extracted from the exhaust or additionally mixed with the liquid ash particles are partially neutralized and this process of cleaning the exhaust gas is superimposed on a process of cooling the exhaust gas, wherein a Sekundärkü is heated by surface heat transfer.

2. The method according to item 1, characterized in that at least a portion of the ash suspension of the cooling liquid is mixed and an additional Laugendosierung can be done in the cooling liquid and this mixed with ash suspension or ash suspension and lye coolant is passed in direct countercurrent to the exhaust gas from top to bottom ,

3. Arrangement for binding pollutants from exhaust gases of coal-fired incinerators in which the dust-laden exhaust gas by means of a line (2) according to Figure 1 in a hybrid heat exchanger (1) introduced and the purified exhaust gas via a line (15) from the hybrid heat exchanger (1) is discharged characterized in that a coolant line (4) is connected to a caustic line (7), to an ash suspension line (12) and a distribution system (5) in the hybrid heat exchanger, an ash suspension line (10) the hybrid heat exchanger (1) with a filter system (11) connects and a line (16) at the entrance of the surface heat exchanger (3) in the hybrid heat exchanger (1) and a line (17) are connected at the outlet.

4. Arrangement according to item 3, characterized in that the hybrid heat exchanger (1) below a connection for the ash suspension line (10), in the lower part cooling surfaces of the surface heat exchanger (3), immediately in the amount of the last cooling surfaces of the surface heat exchanger (3) a supply of Exhaust line (2), above the feed of the exhaust pipe (2) Rieseleinbauten (6), above the Rieseleinbauten (6) has a distribution system (5).

5. Arrangement according to item 3 and 4, characterized in that the ash slurry line (10) with a filter unit (11) and this filter unit (11) both with the ash slurry line (14) and with the ash slurry line (12) and the pump (13 ) is connected to the coolant line 4.