DD294549A5

DD294549A5 - METHOD FOR REDUCING THE AGGLOMERATION TILTING OF BED MATERIAL IN SWITARING LAYERING SYSTEMS FOR BURNING ALKALI, SULFUR AND CHLORIDE FUELS

Info

Publication number: DD294549A5
Application number: DD31488188A
Authority: DD
Inventors: Joachim Kieser; Horst Prillwitz; Reinhard Schiffel; Horst Bentzin; Wilhelm Schinkel; Guenter Tittelwitz
Original assignee: Dampferzeugerbau Berlin,De; Sket Zementanlagenbau Dessau,De
Priority date: 1988-04-19
Filing date: 1988-04-19
Publication date: 1991-10-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Agglomerationsneigung von Bettmaterial in Wirbelschichtanlagen zur Verbrennung alkali-, schwefel- und chloridhaltiger Brennstoffe bei gleichzeitiger trockener Rauchgasentschwefelung im Wirbelschichtreaktor. Erfindungsgemaesz wird die Konzentration des Chloridanteils im Bettmaterial mittels partieller Mobilisierung durch Einstellung der Bettemperatur auf Werte1,0% Cl gehalten und/oder das stoechiometrische Verhaeltnis CaO/SiO2 im Bettmaterial durch die im Bettmaterial enthaltenen Komponenten aus Brennstoffasche, Bettmasse, Sorbent und Additiv auf Werte1,5 eingestellt und/oder in bekannter Weise ein Additiv mit reaktivem Al2O3-Anteil zudosiert. Damit wird eine stabile Prozeszfuehrung mit geringer Agglomerations- und Ansatzneigung im Wirbelbett ermoeglicht.{Wirbelschicht; Verbrennung; Brennstoff, alkalihaltig, chloridhaltig, schwefelhaltig; Bettmaterial; Agglomeration; Chloridkonzentration; Additiv; Verhaeltnis, stoechiometrisch}The invention relates to a method for reducing the agglomeration tendency of bed material in fluidized bed plants for the combustion of alkali-, sulfur- and chloride-containing fuels with simultaneous dry flue gas desulfurization in the fluidized bed reactor. According to the invention, the concentration of the chloride content in the bed material is kept at values of 1.0% Cl by partial mobilization by adjusting the bed temperature and / or the stoichiometric ratio CaO / SiO 2 in the bed material by the components of fuel ash, bed mass, sorbent and additive in the bed material to values 1, 5 adjusted and / or added in a known manner, an additive with reactive Al2O3 portion. This enables a stable process with low agglomeration and tendency to tilt in a fluidized bed. Combustion; Fuel, alkaline, containing chloride, containing sulfur; Bed material; agglomeration; Chloride concentration; additive; Ratio, stoichiometric}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prozeßstabilisierung bei der Wirbelschichtverbrennung von alkali-, schwefel- und chloridreichen Brennstoffen, insbesondere von salzhaltigen Rohbraunkohlen, bei gleichzeitiger trockner Rauchgasentschwefelung im Wirbelschichtreaktor.The invention relates to a method for process stabilization in the fluidized bed combustion of alkali-, sulfur- and chloride-rich fuels, in particular saline crude lignite coal, with simultaneous drying flue gas desulfurization in the fluidized bed reactor.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Der Einsatz alkali- und chloridarmer Brennstoffe in Wirbelschichtfeuerungsanlagen mit gleichzeitiger Entschwefelung des Rauchgases im Wirbelschichtreaktor durch Surbentienzugabe in Form SO₂-bindender Ca- bzw. Na-Salze ist Stand der Technik. Dieser Prozeß kann in der atmosphärischen, druckaufgeladenen, stationär oder zirkulierend betriebenen Wirbelschicht ablaufen. Bei Arbeitstemperaturen im Wirbelschichtreaktor im Bereich 700 bis 900°C kommt es zwischen Brennstoffasche, Rauchgas, Sorbent und Bettmasse, die zur Stabilisierung des Wirbelschichtverbrennunysprozesses eingesetzt wird, zur chemischen Wechselwirkung. Die dabei ablaufenden Gas/Fest- und reinen Festkörperreaktionen haben Sekundärphasenbildunq zum Ergebnis, ohne daß prozeßbehindernde Mengen sulfatischer und/oder silikatischer Schmelze entstehen. Agglomerationserscheinungen im Wirbelbett mit kontinuierlichem Ansteigen des Korndurchmessers der Einzelgranalien sowie Ansatzbildungen im Wandungsbereich treten hier nicht auf. Beim Einsatz alkali-, chlorid- und schwefelreicher Brennstoffe, insbesondere salzhaltiger Rohbraunkohlen, führt die unter vergleichbaren Prozeßbedingungen unvermeidliche sekundäre Bildung von Alkali- und Erdalkalisulfaten sowie -Silikaten zu niedrig schmelzenden Eutektika mit agglomeration»- und ansatzfördernder Wii kung im Reaktor. Eine stabile Prozeßsteuerung und effektive Fahrweise wird unter diesen Bedingungen durch Ansatzbildung, notwendigen Bettmaterialabzug und Wiederauffüllung des Bettes in kurzen Zeitabständen erheblich behindert oder unmöglich.The use of low-alkali and low-chloride fuels in fluidized bed combustion plants with simultaneous desulfurization of the flue gas in the fluidized bed reactor by Surbentienzugabe in the form of SO ₂ -binding Ca- or Na salts is state of the art. This process can take place in the atmospheric, pressurized, stationary or circulating fluidized bed. At working temperatures in the fluidized bed reactor in the range 700 to 900 ° C it comes between fuel ash, flue gas, sorbent and bed mass, which is used to stabilize the Wirbelschichtverbrennunysprozesses, the chemical interaction. The gas / solid and pure solid state reactions which take place in the process result in secondary phase formation without the formation of process-inhibiting amounts of sulphate and / or silicate melt. Agglomeration phenomena in the fluidized bed with continuous increase in the grain diameter of the individual granules and deposits in the wall area do not occur here. When using alkali-, chloride- and sulfur-rich fuels, in particular saline crude lignite, the secondary formation of alkali metal and alkaline earth sulfates and silicates, which is unavoidable under comparable process conditions, leads to low-melting eutectics with agglomeration- and batch-promoting Wii kung in the reactor. A stable process control and effective driving is under these conditions significantly hindered or impossible by batching, necessary Bettmaterialabzug and replenishment of the bed in short time intervals.

Aus dem Stand der Technik (DD-WP 215144, F 23 C 11/02) ist ein Verfahren zur Verbrennung fester, salzhaltiger Brennstoffe in Wirbelschichtfeuerungen bekannt, mit dem ein Zusammenbacken des Wirbelbettmaterials vermindert werden soll. Gleichzeitig sollen Schwefeloxide eingebunden und eine erhöhte C J-Emission nicht zugelassen werden. Dazu wird vorgeschlagen, erdalkalihaltige Mineralien, zum Beispiel Kalkstein in Form von Kalksteinsplitt, bei definierten Wirbelungs- und Verbrennungsbedingungen gleichzeitig sowohl als Bettmasso, als Additiv für einen gezielten Masseaustausch zur Verhinderung einer Vergröberung des Bettmaterials sowie als Sorbent zur Entschwefelung einzusetzen. Dazu ist festzustellen, daß durch den Einsatz von Kalkstein als Additiv einer Vergröberung des Bettmaterials nicht begegnet werden kann, sondern, im Gegenteil, durch den bei diesem Verfahren im Bettmaterial vorliegenden hohen CaO-Gehalt günstige Bedingungen für eine Vergröberung des Bettmaterials geschaffen werden, wie das aus der Darlegung des Wesens der vorliegenden Erfindung zu ersehen ist. Ein positiver Effekt entsteht bei dem vorgenannten Verfahren wenn überhaupt nur dadurch, daß durch den ständigen Bettmaterialaustausch die Wirbelfähigkeit des Bettmaterials immer wieder hergestellt wird. Diese Verfahrensweise ist aber unwirtschaftlich, da dem Prozeß der Dampf- bzw. Heißwassererzeugung mit der Abführung von Bettmaterial ständig Wärme entzogen wird, das abgezogene Bettmaterial gekühlt und gegebenenfalls wieder'aufbereitet bzw. ständig neues Bettmaterial zugeführt werden muß.From the prior art (DD-WP 215144, F 23 C 11/02), a method for burning solid, salty fuels in fluidized bed combustion is known, with which a caking of the fluidized bed material to be reduced. At the same time, sulfur oxides are bound in and increased C J emissions are not permitted. For this purpose, it is proposed to use alkaline earth-containing minerals, for example limestone in the form of limestone chippings, under defined turbulence and combustion conditions simultaneously as bed mover, as additive for targeted mass exchange to prevent coarsening of the bed material and as sorbent for desulfurization. It should be noted that can not be met by the use of limestone as an additive coarsening of the bed material, but on the contrary, created by the present in the bed material high CaO content in this process favorable conditions for a coarsening of the bed material, such as can be seen from the statement of the essence of the present invention. A positive effect arises in the aforementioned method, if at all only by the fact that the fluidity of the bed material is repeatedly produced by the constant bed material exchange. However, this procedure is uneconomical, since the process of steam or hot water production with the removal of bed material is constantly withdrawn heat, the drawn bed material cooled and optionally recycled 'or constantly new bedding material must be supplied.

Beim Einsatz der im DD-WP 250568 (F 23 C 11/02) offenbarten bzw. in der DD-WP 258454 bereits vorgeschlagenen kaolinhaltigen bzw. dolomithaltigen Bettmassen/Additive gelingt es, die Wirbelschichtverbrennung natrium- und chloridhaltiger fester Brennstoffe mit Natriumoxidgehalten im wasserfreien Brennstoff von bis zu ca. 2.5-4% ohne eine praxisrelevante Vergröberung der Bettmaterialpartikeln betriebstechnisch zu beherrschen.When using the kaolinhaltigen or dolomithaltigen bed masses / additives already disclosed in DD-WP 250568 (F 23 C 11/02) or proposed in DD-WP 258454 succeeds, the fluidized bed combustion of sodium and chloride-containing solid fuels with sodium oxide contents in the anhydrous fuel of up to approx. 2.5-4% without operationally controlling coarsening of the bed material particles.

Nachteilig bei diesen Lösungsvorschlägen ist, daß sie bei sehr stark natriumhaltigen und chloridhaltigen festen Brennstoffen nicht mehr ausreichend wirksam sind, da bei ihrer Anwendung in technisch-ökonomisch sinnvollen Additiv-/Brennstoff-Massestromverhältnissen ab einem bestimmten, von der Gesamtheit der jeweiligen Einsatzbedingungen abhängigen Natrium- und Chloridgehalt des Brennstoffes eine praxisrelevante Granulation und/oder Agglomeration der Bettmaterialpartikeln entweder überhaupt nicht mehr oder aber nur innerhalb eines für eine sichere und stabile Betriebsführung zu eng begrenzten Wirbelschichttemperaturbereiches langfristig verhindert wei den kann.A disadvantage of these proposed solutions is that they are no longer sufficiently effective for very strongly sodium-containing and chloride-containing solid fuels, since their application in technically-economically meaningful additive / fuel mass flow ratios from a certain, depending on the totality of the respective operating conditions sodium and chloride content of the fuel a practice-relevant granulation and / or agglomeration of the bed material particles either no longer or only within a long time for a safe and stable operation to tightly limited fluidized bed temperature range long-term white knows the can.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, in Wirbelschichtverbrennungsanlagen mit integrierter trockener Rauchgasentschwefelung eine wirtschaftliche Verbrennung von alkali-, chlorid- und schwefelreichen Brennstoffen, insbesondere von Rohbraunkohlen, zu ermöglichen.The aim of the invention is, in fluidized-bed combustion plants with integrated dry flue-gas desulphurisation, to enable economic combustion of fuels rich in alkali-, chloride- and sulfur-rich fuels, in particular of crude lignite coal.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einsatz alkali-, chlorid- und schwefelreicher Brennstoffe, im besonderen salzhaltiger Rohbraunkohle, in Wirbelschichtfeuerungsanlagen zu entwickeln, das bei Integration der Rauchgasentschwefelung auf trockenem Wege eine stabile Prozeßführung mit geringer Agglomerations-und Ansatzneigung im Wirbelbett ermöglicht.The invention has for its object to provide a process for the use of alkali, chloride and sulfur-rich fuels, in particular salty lignite coal to develop in fluidized bed combustion systems, which allows for integration of flue gas desulfurization in a dry way, a stable process control with low agglomeration and tendency to tilt in a fluidized bed ,

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Konzentration des Chloridanteils im Bettmaterial mittels partieller Mobilisierung durch Einstellung der Bettemperatur aufwerte S 1,0% CT gehalten wird und/oder das stöchiometrische Verhältnis CaO/SiO₂ im Bettmaterial durch die im Bettmaterial enthaltenen Komponenten aus Brennstoffasche, Bettmasse, Sorbent und Additiv auf VV irte s 1,5 eingestellt wird und/oder in bekannter Weise ein Additiv mit reaktivem AI₂O₃-Anteil zudosiert wird.According to the invention, this object is achieved in that the concentration of the chloride content in the bed material by partial mobilization by adjusting the bed temperature is maintained S 1.0% CT and / or the stoichiometric CaO / SiO ₂ ratio in the bed material through the fuel cell components contained in the bed material , Bed mass, sorbent and additive to VV irte s 1.5 is set and / or an additive with reactive Al ₂ O ₃ content is added in a known manner.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird als SO₂-Sorbent Dolomit CaMg(COa)₂ eingesetzt. Die vorgeschlagenen Maßnahmen basieren auf der überraschenderweise gefundenen Erkenntnis, daß bei der Wirbelschichtverbrennung von salzhaltiger Rohbraunkohle mit Quarzsand als Bettmasse und Kalkstein bzw. Ca(OH)₂ als Sorbent im Temperaturbereich 700-850⁰C Sulfatspurrit 2 Ca₂SiO₄CaSO₄ als Sekundärphase gebildet wird. Das Auftreten dieser Verbindung steht mit der Neigung des Bettmaterials zur Aufgranulation und Agglomeration in kausalem Zusammenhang. Weiterhin wurde gefunden, daß der Bildung von Sulfatspurrit die Intermediärreaktion von reaktiven CaO aus dem Sorbent mit SiO₂ aus Brennstoffes»' he und Bettmasse zu DSkalziumsilikat Ca₂SiO₄ vorangeht und die Folgereaktion des Dikalziumsilikats mit CaSO₄ aus dem Entschwefelungsvorgang zu Sulfatspurrit nur in Anwesenheit von Chlorid im Bettmaterial bei Konzentration Cl" > 1,0% abläuft.In an advantageous embodiment of the invention, dolomite CaMg (COa) _{2 is} used as the SO ₂ sorbent. The proposed measures are based on the surprisingly found finding that in the fluidized bed combustion of salted lignite with quartz sand as bed mass and limestone or Ca (OH) ₂ as a sorbent in the temperature range 700-850 ⁰ C sulfate 2 Ca ₂ SiO ₄ CaSO _{4 formed} as a secondary phase becomes. The appearance of this compound is causally related to the tendency of the bed material to be gagged and agglomerated. Furthermore, it was found that the formation of Sulfatspurrit precedes the Intermediärreaktion of reactive CaO from the sorbent with SiO ₂ from fuel "'linen and bed mass to DSkalziumsilikat Ca ₂ SiO ₄ and the subsequent reaction of the dicalcium silicate with CaSO ₄ from the desulfurization process to Sulfatspurrit only in the presence of chloride in bed material at concentration Cl "> 1.0%.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird also auf eine wirksame Unterbindung der Sulfatspurritreaktion abgezielt. Die Einstellung des stöchiometriechen Verhältnisses CaO/SiO₂ im Bettmaterial wirkt dabei auf die oben beschriebene Intermediärreaktion. Der gleiche Effekt wird durch die Zugabe eines Additivs mit reaktiven AI₂O₃-Anteilen erreicht, indem die Bildung von Dikalziumsilikat zugunsten von Alkali- und Erdalkalialumosilikaten unterdrückt wird. Durch die Einstellung der CT-Konzentra'.ion wird die Sulfatspurritreaktion direkt beeinflußt. Die Dosierung eines Additivs mit reaktiven AI₂O₃-Anteilen bewirkt neben dem oben beschriebenen Effekt gleichzeitig eine partielle Bindung von Na₂O in Alumosilikaten. Diese als Festkörperreaktion ablaufende Sekundärphasenbildung ohne agglomerationsfördernde Wirkung senkt die Konzentration von Na₂SO₄ und CaNa₂(SO₄J₂ durch Vermeidung der sulfatisierbaren Na₂O-Anteile im Bettmaterial und damit des Anteils an Schmelzebildern. Eine zusätzliche Abminderung der Agglomerationsneigung wird durch Einsatz von Dolomit CaMg(CO₃I₂ als Sorbent dadurch erreicht, daß mit Freisetzung von Periklas MgO bei der thermischen Dissoziation des Dolomits in der Wirbelschichtverbrennung an den entsprechenden Bettmaterialpartikeln chemische Inertbereiche mit agglomerationshemmender Wirkung geschaffen werden, da im relevanten Temperaturbereich 700...900⁰C das freigesetzte MgO in keine Sekundärphasenbildung eintritt. Das dabei erreichbare poröse und mit Rissen durchsetzte Gefüge im dekarbonatisierten Dolomitkorn schwächt die mechanische Stabilität der sekundär gebildeten Bettmaterialgianalien. Durch partielle Zerstörung der Einzelgranalien im Wirbelprozeß wird die Bettmaterialvergrößerung durch Aufwachsprozesse an der Oberfläche kompensiert.The proposed measures thus target an effective inhibition of the sulfate trace reaction. The adjustment of the stoichiometric ratio CaO / SiO ₂ in the bed material acts on the above-described intermediate reaction. The same effect is achieved by the addition of an additive with reactive Al ₂ O ₃ proportions by suppressing the formation of Dikalziumsilikat in favor of alkali and Erdalkalialumosilikaten. By adjusting the CT concentration, the sulfate trace reaction is directly affected. The metering of an additive with reactive Al ₂ O ₃ components causes, in addition to the effect described above, at the same time a partial binding of Na ₂ O in aluminosilicates. This secondary phase formation, which proceeds as a solid-state reaction and does not promote agglomeration, lowers the concentration of Na ₂ SO ₄ and CaNa ₂ (SO ₄ J ₂ by avoiding the sulfatable Na ₂ O content in the bed material and thus the proportion of melt images of dolomite CaMg (CO ₃ I ₂ as sorbent achieved by chemical inert regions with agglomeration-inhibiting effect are created with release of periclase MgO in the thermal dissociation of dolomite in the fluidized bed combustion at the corresponding bed material particles, as 700 ... 900 ⁰ in the relevant temperature range The porous and cracked microstructure in the decarbonated dolomite grain weakens the mechanical stability of the secondary bed material gianals, due to partial destruction of the single granules in the vortex process Ess the bed material enlargement is compensated by growth processes on the surface.

embodiment The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Bei Einsatz einer salzhaltigen Rohbraunkohle mit Na₂O-Konzentration im Bereich 15... 18% und Cr-Konzehtrationen im Bereich 5.„7%, bezogen auf Brennstoffasche, in einem Dampferzeuger mit Verbrennung in der stationären atmosphärischen Wirbelschicht erfolgt zur Gewährleistung eines stabilen Verwirbelungsprozesses in der Startphase die Aufgabe von Sand/Kies auf Quarzbasis. Auf die Brennstoffmenge bezogen, werden als Sorbent 10% Dolomit und als AI₂O₃-haltiges Additiv 5% Kaolin zudosiert.When using a saline crude lignite with Na ₂ O concentration in the range 15 ... 18% and Cr concentrations in the range 5. "7%, based on fuel ash, in a steam generator with combustion in the stationary atmospheric fluidized bed to ensure a stable Swirling process in the starting phase the task of sand / gravel on quartz basis. Based on the fuel quantity, 10% dolomite is added as sorbent and 5% kaolin as additive containing AI ₂ O ₃ .

Bei mittleren Temperaturen im Wirbelbettbereich von 800⁰C werden die Chloridkonzentrationen im Bettmaterial unter 1,0% gehalten. Na₂O wird anteilig in alumosilikatischen Sekundärphasen wie Plagioklas, Melilith, Nosean fixiert. Die zur Sulfatbildung verbleibende Na₂O-Menge, gebunden als Thenardit und Glauberit, führt trotz niedriger Schmelzpunkte der letztgenannten Verbindungen und der Möglichkeit der Eutektikabildung mit Anhydrit zu keinen spontanen, kurzzeitigen Agglomerationsprozessen und Ansatzbildungen im Reaktor. Das Ausbleiben der Sulfatpurritbildung sowie eine verringerte Alkalisulfatkonzentration schaffen stabile Prozeßbedingungen im Wirbelschichtreaktor.At medium temperatures in the fluidized bed range of 800 ^° C., the chloride concentrations in the bed material are kept below 1.0%. Na ₂ O is fixed proportionally in aluminosilicate secondary phases such as plagioclase, melilite, nosean. The amount of Na ₂ O remaining for sulfate formation, bound as thenardite and glauberite, despite low melting points of the last-mentioned compounds and the possibility of eutectic formation with anhydrite, does not lead to spontaneous, short-term agglomeration processes and formation of deposits in the reactor. The absence of sulfate pruritization and a reduced alkali sulfate concentration create stable process conditions in the fluidized bed reactor.

Claims

1. A method for reducing the agglomeration tendency of bed material in fluidized bed plants for combustion of alkali-, sulfur and chloride rich fuels, especially salty lignite with simultaneous flue gas desulfurization by adding sorbent, characterized in that the concentration of the chloride content in the bed material by partial mobilization by adjusting the bed temperature upgrade <1.0% Cl "is maintained and / or the stoichiometric CaCVSiO ₂ ratio in the bed material by the components contained in the bed material of fuel ash, bed mass, sorbent and additive to values <1.5 is set and / or in a known manner with an additive reactive Al ₂ O ₃ content is added.

2. The method according to claim 1, characterized in that as SO ₂ sorbent dolomite CaMg (CO ₃ J _{2 is} used.