DE19514135A1 - Desulphurisation and denitrification of flue gas by dry additive process - Google Patents

Desulphurisation and denitrification of flue gas by dry additive process

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Abstract

Multistage redn. of gaseous air pollutants formed during combustion of fossil fuel contg. S, without waste liquor prodn., involves supplying air and/or fuel in stages to the combustion chamber of a boiler or fire and adding alkaline earth-rich additive (I) to the flue gas. (I) is used in an upper temp. window of ca. 800-1000 deg C in a small amts., just sufficient to bind SO3 already formed and prevent re-formation of SO3; and more (I) is added in a second lower temp. window of ca. 80-120 deg C where the SO2 content is such that, in addn. to the other air pollutants, NOx is also bound by a highly effective quasi-dry process.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrstufiges Verfahren zur Verringerung von Schadstoffemissionen, insbesondere von Schwefel- und Stickoxiden sowie von Chlor- und Fluorwasserstoff, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a multi-stage process to reduce pollutant emissions, in particular from Sulfur and nitrogen oxides as well as hydrogen chloride and hydrogen fluoride, according to the preamble of claim 1.

Für die Verringerung der Emissionen aus den vorgenannten Luftschadstoffen sind bereits zahlreiche unterschiedliche Ver­ fahren bekannt und in großtechnischer Anwendung.For the reduction of emissions from the aforementioned Air pollutants are already numerous different ver drive known and in large-scale application.

Größtenteils handelt es sich dabei, bezogen auf die Gesamt­ leistung der damit ausgerüsteten Feuerungsanlagen, bezüglich der Entschwefelungsanlagen um sogenannte nasse Verfahren (Rauchgas- Wäschen), bei denen in der Regel auch trockene Endprodukte (Ab­ sorpte) oder durch Weiterbehandlung feste bzw. flüssige Wert­ stoffe (wie z. B. technischer Anhydrit/Gips oder Düngemittel bzw. Schwefelsäure) gewonnen werden.Most of it is based on the total performance of the furnaces equipped with it, with regard to the Desulphurization plants using so-called wet processes (flue gas Washes), which usually also include dry end products (Ab sorpte) or by further treatment solid or liquid value substances (such as technical anhydrite / gypsum or fertilizers or Sulfuric acid).

Die Naßverfahren zur Rauchgasentschwefelung arbeiten bei der adiabaten Wasserdampf-Sättigungstemperatur. Das erfordert ei­ nen aufwendigen Korrosionsschutz der gesamten Waschstrecke und außerdem noch eine Wiederaufheizung der aus ihr austretenden Rauchgase vor deren Eintritt in den Schornstein auf Werte, die auch dort restemissionsbedingte Korrosionen verhindern und auch unter ungünstigen Außenluftverhältnissen einen so großen Auftrieb der Rauchgase bewirken, daß es zu einer günstigen Schadstoffaus­ breitung kommt, mit der die zulässigen Immissions-Grenzwerte nicht überschritten werden. Deutsche Vorschriften verlangen derzeit aus diesen Gründen eine Schornstein-Eintrittstemperatur der Rauchga­ se von mindestens 72°C. Zudem erfordern diese Verfahren eine prozeßinterne oder -externe Waschwasserbehandlung. Sie sind daher bezüglich der Investitions- und Betriebskosten vergleichsweise sehr teuer.The wet processes for flue gas desulfurization work at the adiabatic water vapor saturation temperature. That requires egg complex corrosion protection of the entire washing section and  also a re-heating of those exiting from it Flue gases before they enter the chimney to values that prevent corrosion caused by residual emissions and also there such a great boost under unfavorable outside air conditions The flue gases cause it to be a cheap pollutant spread comes with which the permissible immission limit values do not be crossed, be exceeded, be passed. German regulations currently require for these reasons a chimney inlet temperature of the Rauchga at least 72 ° C. In addition, these procedures require one in-process or external wash water treatment. You are therefore comparatively in terms of investment and operating costs very expensive.

Neben den nassen Verfahren sind auch schon verschiedene trockene und quasitrockene Rauchgas-Entschwefelungsverfahren bekannt, bei denen kein Abwasser anfällt. Zu den sogenannten trockenen Verfahren gehört das Trockenadditiv-Verfahren (TAV). Bei diesem Verfahren werden alkalireiche bzw. erdalkalireiche Absorbentien (Trockenadditive) insbesondere Kalksteinmehl oder Kalkhydrat mit großer Mischungsintensität in die Brennkammer einer Feuerung eingeführt. Obwohl bei diesen Verfahren mit stark überstöchiometrischen Additiv-Masseströmen (z. B. mit (Ca/S)-Mol­ verhältnissen von bis zu 3-5) gefahren wird, sind nur maximale Schwefeleinbindungsgrade zwischen ca. 60 und 85% erreichbar. Die relativ großen Additiv-Masseströme bewirken zudem eine Heizflä­ chenverschmutzung und -korrosion. Darüber hinaus fallen wegen der nur mäßigen Umsetzungsgrade (insbesondere während der Sulfati­ sierung) mit entsorgungsproblematischen Calciumoxiden und Cal­ ciumsulfit hochbelastete Abprodukte an.In addition to the wet processes, there are also different ones dry and quasi-dry flue gas desulfurization processes known, where no waste water is produced. To the so-called dry process belongs to the dry additive process (TAV). In this process, alkaline or alkaline earth are rich Absorbents (dry additives), in particular limestone powder or Lime hydrate with high mixing intensity in the combustion chamber a furnace was introduced. Although strong with these procedures superstoichiometric additive mass flows (e.g. with (Ca / S) mol ratios of up to 3-5) are only maximum Sulfur integration levels between approx. 60 and 85% can be achieved. The relatively large additive mass flows also cause a heating surface pollution and corrosion. In addition, because of the fall only moderate degrees of implementation (especially during the sulfati sation) with disposal-problematic calcium oxides and Cal ciumsulfite highly contaminated waste.

Beispiele für Trockenadditiv-Verfahren sind in folgenden Offenlegungs- bzw. Patentschriften gegeben:
NL 74 14 617, DE 28 22 086, US 41 78 349, DE 30 20 016 A1, JP 56 126 429 A2, AT 82-3632, JP 600 22 920 A2 und JP 0 621 0128 A2.
Examples of dry additive processes are given in the following published or patent documents:
NL 74 14 617, DE 28 22 086, US 41 78 349, DE 30 20 016 A1, JP 56 126 429 A2, AT 82-3632, JP 600 22 920 A2 and JP 0 621 0128 A2.

Zu den quasitrockenen Verfahren gehören die Sprühabsorptions­ verfahren. Diese basieren auf dem bekannten Verfahrensprinzip der Sprühtrocknung, bei dem die in einem Sorptionsreaktor (Sprühab­ sorber) mittels Düsen oder Rotationszerstäubern eingesprühte pumpfähige Partikelsuspension durch ausreichend heiße Trocknungs­ gase mit großer Trocknungsgeschwindigkeit bis auf die vom Parti­ aldruck der Gasphase des Suspensionsmittels und der Trocknungs­ gase abhängige Gleichgewichtsfeuchtigkeit (Sorptionsgleichgewicht gemäß Sorptionsisotherme) aufgetrocknet wird. Die hohen Trock­ nungsgeschwindigkeiten resultieren dabei aus der Feinstzerstäu­ bung der Suspension und der gleichzeitig guten Durchmischung der feinen Suspensionströpfchen mit den Trocknungsgasen, aus denen große Stoff- und Wärmeaustauschflächen resultieren. Hinzu kommen die mit der Phasenumwandlung (Verdampfung der Flüssigkeitströpf­ chen) verbundenen sehr hohen Stoff- und Wärmeübertragungskoeffi­ zienten. Diese sehr guten Stoff- und Wärmeaustauschverhältnisse gewährleisten auch sehr gute Einbindungsgrade verschiedener Luft­ schadstoffe aus den zur Trocknung benutzten Rauchgasen (wie z. B. Schwefeloxide, Chlor- und Fluorwasserstoffe) in die Feststoff­ partikel der Additiv-Suspension. Wie auch bei den trockenen Verfahren werden beim quasitrockenen Sprühabsorptionsverfahren ebenfalls alkalireiche bzw. erdalkalireiche Absorbentien ein­ gesetzt. Beispiele für Sprühabsorptions-Verfahren sind in den folgenden Offenlegungs- bzw. Patentschriften gegeben:
DE 22 24 224, GB 20 78 702 A, DE 30 17 835 A1, DE 30 34 822 A1, EP 0 112 101 A1, DD 2 79 184 A1, JP 92-20 002, US 52 84 637 A, CA 20 99 796 A1 und EP 0 128 589 A2.
The quasi dry processes include the spray absorption process. These are based on the known process principle of spray drying, in which the pumpable particle suspension sprayed in a sorption reactor (spray absorber) by means of nozzles or rotary atomizers through sufficiently hot drying gases with high drying speed down to the equilibrium moisture dependent on the partial pressure of the gas phase of the suspending agent and the drying gases (Sorption equilibrium according to sorption isotherm) is dried. The high drying speeds result from the fine atomization of the suspension and at the same time thorough mixing of the fine suspension droplets with the drying gases, from which large mass and heat exchange surfaces result. Added to this are the very high mass and heat transfer coefficients associated with the phase change (evaporation of the liquid droplets). These very good material and heat exchange ratios also ensure very good levels of integration of various air pollutants from the flue gases used for drying (such as sulfur oxides, chlorine and hydrogen fluoride) into the solid particles of the additive suspension. As with the dry processes, the quasi-dry spray absorption process also uses alkali-rich or earth-alkali-rich absorbents. Examples of spray absorption processes are given in the following published or patent specifications:
DE 22 24 224, GB 20 78 702 A, DE 30 17 835 A1, DE 30 34 822 A1, EP 0 112 101 A1, DD 2 79 184 A1, JP 92-20 002, US 52 84 637 A, CA 20 99 796 A1 and EP 0 128 589 A2.

Ein Hauptnachteil der bekannten trockenen bzw. quasitrockenen Verfahren ist darin zu sehen, daß sie neben verbrennungstechni­ schen Maßnahmen (wie gestufte Luft- und/oder Brennstoffzufuhr, Rauchgas-Rezirkulation) oft die Nachschaltung einer zusätzlichen separaten Rauchgas-Entstickungsanlage erfordern, damit die ge­ setzlich geforderten oder zwischen dem Hersteller und dem Betrei­ ber eines Kessels oder anderer Verbrennungsanlagen vereinbarten schärferen NOx-Grenzwerte eingehalten bzw. unterschritten werden.A major disadvantage of the known dry or quasi-dry processes is the fact that they often require the addition of an additional separate flue gas denitrification system in addition to combustion-technical measures (such as staggered air and / or fuel supply, flue gas recirculation) so that the required by law or the stricter NO x limit values agreed between the manufacturer and the operator of a boiler or other combustion systems are adhered to or fallen below.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein gat­ tungsgemäßes Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem nicht nur hervorragende Einbindungsgrade von Schwefel- und Stickoxi­ den, sowie von Chlor- und Fluorwasserstoff erreicht werden, son­ dern welches gleichzeitig auch noch die Nachschaltung von Rauch­ gas-Entstickungsanlagen in vielen Anwendungsfällen entbehrlich macht.The object of the present invention is therefore a gat to provide appropriate procedure with which not only excellent levels of integration of sulfur and nitrogen oxides den, as well as of chlorine and hydrogen fluoride, son which at the same time also adds smoke Gas denitrification plants can be dispensed with in many applications power.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines gattungs­ gemäßen Mehrstufenverfahrens gelöst, wie es aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hervorgeht.This object is achieved by means of a genus resolved according to the multi-stage process, as it from the license plate of claim 1 emerges.

Erfindungsgemäß erfolgt die Additivzufuhr in einem Kesselbe­ reich, in dem die Rauchgastemperaturen zwischen etwa 800-1000°C liegen. Es hat sich erwiesen, daß in diesem Temperaturbereich bei der Sulfatisierung die größten Umsatzraten erzielt werden können. Erfindungsgemäß erfolgt dabei die Additivzugabe im Vergleich zu den bekannten Trockenadditivverfahren (TAV) mit einem sehr nie­ drigen spezifischen (bezogen auf den Brennstoff-Massestrom) Addi­ tivmassestrom. Dieser ist so bemessen, daß eine sichere Ein­ bindung von gebildetem Schwefeltrioxid bzw. eine Unterbindung von dessen Neubildung gewährleistet ist. Dies gelingt bei Verwendung von Kalksteinmehl bzw. Kalkhydrat als Additiv schon bei einem (Ca/S)-Molverhältnis von etwa 0,5-1,0 (hierin ist S der Gesamt­ schwefelgehalt des Brennstoffes). Die dabei erreichbare Schwefeldioxid-Einbindung liegt etwa zwischen 10-40%. Das Rauchgas tritt also erfindungsgemäß mit einer hohen Schwefel­ dioxidkonzentration in eine zweite Additivzugabestelle ein. Über­ raschenderweise hat sich herausgestellt, daß dadurch in dieser Emissionsminderungsstufe durch die quasitrockene hocheffektive Chemiesorption der gasförmigen Luftschadstoffe an das suspensier­ te Additiv nicht nur ein Großteil der noch in den Rauchgasen gas­ förmig enthaltenden Luftschadstoffe Schwefeldioxid sowie Chlor- und Fluorwasserstoff in das trockene rieselfähige Sorptionspro­ dukt eingebunden werden, sondern obendrein im Rauchgas auch noch eine wesentliche Verminderung der Stickoxidkonzentration von bis zu 15-30% der Eintrittskonzentration stattfindet. Dieser Ef­ fekt gestattet es, in den meisten Anwendungsfällen auf eine nachgeschaltete separate Entstickungsanlage zu verzichten.According to the invention, the additive is supplied in a boiler rich, in which the flue gas temperatures between about 800-1000 ° C lie. It has been found that in this temperature range the greatest sales rates can be achieved after sulfation. According to the invention, the additive is added compared to the known dry additive process (TAV) with a very never third specific (based on the fuel mass flow) Addi active mass flow. This is dimensioned so that a safe one binding of formed sulfur trioxide or a suppression of whose new formation is guaranteed. This succeeds when used of limestone flour or hydrated lime as an additive even with one (Ca / S) molar ratio of about 0.5-1.0 (here S is the total sulfur content of the fuel). The attainable  Inclusion of sulfur dioxide is between 10-40%. The According to the invention, flue gas occurs with a high sulfur dioxide concentration in a second additive addition. About It has surprisingly been found that this Emission reduction level thanks to the quasi-dry, highly effective Chemisorption of the gaseous air pollutants to the suspensier not only a large part of the gas still in the flue gases air pollutants containing sulfur dioxide and chlorine and hydrogen fluoride into the dry, free-flowing sorption pro product, but also in the flue gas a significant reduction in the nitrogen oxide concentration from to 15-30% of the entrance concentration takes place. This ef fect allows in most applications to a downstream separate denitrification plant.

Der bereits erläuterte vergleichsweise niedrige spezifische Additiv-Massestrom in der ersten Zugabestelle bewirkt außerdem vorteilhafterweise auch eine vergleichsweise geringere zusätz­ liche Heizflächenverschmutzung und -korrosion. Dadurch verringern sich auch die verschmutzungsbedingten Einflüsse der Zugabe von trockenen Additiven auf die Abgas- und Heißdampfaustrittstempe­ ratur bzw. auf die Einspritzmenge. Das gleiche gilt für die durch die Additivzuführung infolge der endothermen Calcinierung sowie der exothermen Sulfatisierung bewirkten Veränderungen der gesam­ ten Wärmebilanz des Brennstoffumwandlungs- und Wärmeübertragungs­ prozesses.The comparatively low specific already explained Additive mass flow in the first addition point also causes advantageously also a comparatively lower additional heating surface contamination and corrosion. This will decrease the pollution-related influences of adding dry additives on the exhaust gas and superheated steam outlet temperature rature or on the injection quantity. The same goes for through the additive supply due to the endothermic calcination and the exothermic sulfation caused changes in the total heat balance of fuel conversion and heat transfer process.

Zur Unterdrückung von Schwefelsäure-Korrosionen darf bekannt­ lich der Schwefelsäure-Taupunkt auf dem gesamten Rauchgasweg in­ nerhalb des Kessels an keiner Stelle unterschritten werden. Dabei sind insbesondere die rauchgasberührten Wände der Bauteile ge­ fährdet, in denen das Arbeitsmittel (Speisewasser, Verbrennungs­ luft) am kalten Kesselende in den Kessel eintritt. Dies in einem um so stärkeren Maße, je niedriger diese Arbeitsmittel-Eintritts­ temperatur ist. Anderenfalls müßten an den betroffenen Bauteilen entsprechende wirksame sekundäre Korrosionsschutzmaßnahmen ge­ troffen werden. Die mit der ersten Additivzugabe bewirkte Unter­ drückung des Schwefelsäure-Taupunktes ermöglicht ohne besondere sekundäre Korrosionsschutzmaßnahmen eine wesentliche Herabsetzung der ohne Schwefelsäurekorrosionen fahrbaren Abgastemperaturen bis in die Nähe des Wasserdampf-Taupunktes. Diese adiabate Wasser­ dampf-Sättigungstemperatur liegt beispielsweise bei den für die Verbrennung von Rohbraunkohlen in atmosphärischen Feuerungen auf­ tretenden Wasserdampf-Partialdrücken zwischen etwa 45 und 55°C.Known to suppress sulfuric acid corrosion Lich the sulfuric acid dew point on the entire flue gas path in at no point within the boiler. Here are in particular the walls of the components in contact with the flue gas in which the work equipment (feed water, combustion air) enters the boiler at the cold end of the boiler. All in one the lower the entry of work equipment, the greater the extent  temperature is. Otherwise, the affected components corresponding effective secondary corrosion protection measures ge be hit. The sub caused with the first additive Pressing the sulfuric acid dew point enables without any special secondary corrosion protection measures a significant reduction the exhaust gas temperatures that can be driven without sulfuric acid corrosion up to near the water vapor dew point. This adiabatic water vapor saturation temperature is, for example, that for Incineration of raw lignite in atmospheric furnaces water vapor partial pressures between about 45 and 55 ° C.

Wegen der erfindungsgemäßen Taupunktunterdrückung kann bei dem vorgeschlagenen Verfahren sowohl in der zweiten Additivzu­ gabestelle als auch im nachgeschalteten Gewebefilter in einem optimalen Temperaturbereich zwischen 80-120°C ohne besondere Schwefelsäure-Korrosionsschutzmaßnahmen gearbeitet werden. Da­ durch sind in der zweiten Additivzugabestelle mit relativ gerin­ gen spezifischen Additiv-Masseströmen sehr hohe Luftschadstoff- Einbindungsgrade erzielbar. So lassen sich beim Einsatz von Kalkhydrat als Additiv in dieser Zugabestelle bereits bei (Ca/S)- Molverhältnissen von 1,0-2,0 zusätzliche Entschwefelungsgrade von ca. 45-75% erzielen.Because of the dew point suppression according to the invention, the proposed method in both the second additive distribution point as well as in the downstream fabric filter in one optimal temperature range between 80-120 ° C without any special Sulfuric acid corrosion protection measures are being worked on. There are relatively low in the second additive addition point very high air pollutant due to specific additive mass flows Integration levels achievable. So when using Lime hydrate as an additive in this addition point already at (Ca / S) - Molar ratios of 1.0-2.0 additional desulfurization levels achieve about 45-75%.

Auch in dem nachgeschalteten Gewebefilter ist die im Filter­ kuchen auftretende Schadstoffeinbindung um so größer, je dichter die Rauchgastemperatur an der adiabaten Wasserdampf-Sättigungs­ temperatur liegt. Aufgrund der Arbeit im unteren Temperaturfen­ ster werden hier daher zusätzliche Entschwefelungsgrade von ca. 10-25% erreicht.It is also in the filter in the downstream fabric filter cake, the greater the density, the greater the density the flue gas temperature at the adiabatic water vapor saturation temperature is. Because of the work in the lower temperature furnace Additional desulphurization levels of approx. 10-25% reached.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Schwefelsäure-Taupunktunter­ drückung könnte das untere Temperaturfenster noch weiter nach unten verschoben und damit die Schadstoffeinbindungsrate sowie der Kesselwirkungsgrad erhöht werden. Aus gesamtwirtschaftlichen Erwägungen heraus wird aber unter Berücksichtigung der erforder­ lichen Mindesttemperatur der Rauchgase am Schornsteintritt auf diese Vorteile verzichtet. Aber auch bei diesem Verzicht lassen sich je nach Anwendungsfall Abgastemperaturabsenkungen von ca. 10-50 K realisieren, wodurch der Kesselwirkungsgrad um bis zu 0,5-2,5 Prozentpunkte erhöht wird.Because of the sulfuric acid dew point according to the invention pressure could further lower the lower temperature window shifted below and thus the pollution rate as well the boiler efficiency can be increased. From macroeconomic  Considerations are made taking into account the minimum temperature of the flue gases at the chimney entrance waived these advantages. But also with this waiver depending on the application, exhaust gas temperature reductions of approx. Realize 10-50 K, which increases the boiler efficiency by up to 0.5-2.5 percentage points is increased.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfin­ dung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous refinements of the present invention result from the subclaims.

Neben den bereits oben erwähnten Luftschadstoffen erfolgt durch die Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens auch eine hocheffektive Einbindung weiterer gasförmig freigesetzter Luft­ schadstoffe wie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, polychlorierte Dibenzo-p-Dioxine und polychlorierte Dibenzo-Fura­ ne in die Additiv-/Sorbenspartikel.In addition to the air pollutants already mentioned above through the application of the proposed method also a highly effective integration of further gaseous air pollutants such as polycyclic aromatic hydrocarbons, polychlorinated dibenzo-p-dioxins and polychlorinated dibenzo-fura ne in the additive / sorbent particles.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung ein durch Beschränkung auf die wesentlichsten Ein­ richtungen vereinfachtes Verfahrensschema eines Ausführungsbei­ spieles des vorgeschlagenen abwasserfreien Mehrstufenverfahrens zur Verringerung der bei der Verbrennung fossiler schwefelhalti­ ger Brennstoffe auftretenden Luftschadstoff-Emissionen darge­ stellt.To further explain the invention is in the accompanying Drawing one by restricting it to the essential one directions simplified procedural scheme of an execution game of the proposed wastewater-free multi-stage process to reduce the combustion of fossil sulfur air pollutant emissions poses.

Dieses Ausführungsbeispiel betrifft die Verbrennung von Braunkohlen-Trockenstaub - im folgenden "Brennstoff" genannt - in einer bei geringem Feuerraumunterdruck betriebenen Staubfeuerung mit trockenem Ascheabzug. Dieser Brennstoff besitzt bei einem Wassergehalt von rund 10%, einem Aschegehalt von 5-10%, einem Gesamtschwefelgehalt von rund 1%, einem Stickstoffgehalt von 0,6-0,8% einen unteren Heizwert von rund 21 MJ/kg. Seine Mahlfein­ heit ist durch Rückstände auf dem 0,2 mm-Sieb von kleiner 15 Masse-% sowie auf dem 0,09mm-Sieb von kleiner 45 Masse-% gekenn­ zeichnet. This embodiment relates to the combustion of Lignite dry dust - hereinafter referred to as "fuel" - in a dust burner operated at low furnace pressure with dry ash extraction. This fuel has one Water content of around 10%, an ash content of 5-10%, one Total sulfur content of around 1%, a nitrogen content of 0.6-0.8% has a lower calorific value of around 21 MJ / kg. His grind is due to residues on the 0.2 mm sieve of less than 15 Mass% and on the 0.09mm sieve of less than 45 mass% draws.  

Der Brennstoff wird aus einem mittels einer Absperrarmatur 3 absperrbaren Vorratssilo 2 über eine Austragsleitung 4 mit einer regelbaren Dosiereinrichtung 5 mit einem zur Erfüllung der jewei­ ligen Betriebsanforderungen erforderlichen Massestrom abgezogen. Dazu wird die Drehzahl der Brennstoff-Dosiereinrichtung 5 (hier beispielsweise eine Zellenradschleuse) nach den am Austritt aus dem Kessel bzw. ggf. der Turbine gerade auftretenden Meßwerten der Arbeitsmittelparameter Massestrom, Temperatur und Druck ge­ regelt. Mit der entsprechenden Regelstrecke wird gleichzeitig eine zu diesem Zeitpunkt vorzunehmende Änderung der Arbeitsmit­ tel-Ein- und/oder -Austrittsparameter durch eine entsprechende Drehzahländerung realisiert.The fuel is drawn off from a storage silo 2 that can be shut off by means of a shut-off valve 3 via a discharge line 4 with a controllable metering device 5 with a mass flow required to meet the respective operating requirements. For this purpose, the speed of the fuel metering device 5 (here, for example, a rotary valve) is regulated according to the measured values of the working fluid parameters, mass flow, temperature and pressure, which are just emerging at the outlet from the boiler or possibly the turbine. At the same time, the corresponding controlled system is used to implement a change in the working fluid entry and / or exit parameters by a corresponding change in speed.

Der aus dem Brennstoff-Silo 2 geregelt abgezogene Brennstoff- Massestrom 1 wird mittels der von einem drehzahl- und/oder drall­ klappengeregelten Fördergebläse 6 geförderten Trägerluft 7 und einer in der Zeichnung nicht dargestellten Brennstoff-Eintrags­ vorrichtung (z. B. über einen Injektor/Ejektor) in eine pneu­ matische Förderleitung/Staubleitung 8 eingetragen.The fuel mass flow 1 drawn off in a controlled manner from the fuel silo 2 is conveyed by means of the carrier air 7 conveyed by a speed and / or swirl flap-controlled delivery fan 6 and a fuel entry device (not shown in the drawing) (e.g. via an injector / Ejector) entered in a pneumatic delivery line / dust line 8 .

Diese zunächst für den gesamten Brennstoff-Massestrom gemein­ same Leitung 8 verzweigt sich in die Staubleitungen 11 und 12. Über diese werden in der Brennkammer-Stirnwand 9 eines Kessels 10 in zwei übereinander angeordneten Brennerebenen 13, 14 instal­ lierte Staubbrenner mit Brennstoff versorgt.This initially common line 8 for the entire fuel mass flow branches into the dust lines 11 and 12 . These are installed in the combustion chamber front wall 9 of a boiler 10 in two stacked burner levels 13 , 14 instal lated dust burner with fuel.

Den Brennern wird gleichzeitig ein bestimmter Teil der von einem ebenfalls drehzahl- und/oder drallklappengeregelten Frisch­ lüfter 16 geförderten Verbrennungsluft 15 als weitere Primärluft 18a bzw. 18b zugeführt.At the same time, the burners are supplied with a certain part of the combustion air 15 conveyed by a fresh fan 16 , which is also speed-controlled and / or swirl-flap-controlled, as further primary air 18 a or 18 b.

Die Frischluftzufuhr zu den Brennern ist so bemessen, daß zu­ sammen mit der Förderluft 7 an den Brennern eine Luftverhältnis­ zahl von etwa 0,80-0,85 realisiert wird. In dieser somit redu­ zierenden Rauchgas-Atmosphäre kommt es bei zudem relativ niedri­ gen Verbrennungstemperaturen nicht nur zu einer verhältnismäßig geringen NOx-Bildung, sondern gleichzeitig auch im Vergleich mit einer überstöchiometrischen ungestuften Luft- und Brennstoff­ zufuhr zu einer geringeren Schwefeldioxid-Bildung, insbesondere zu einer Unterdrückung einer Schwefeltrioxid-Bildung. Außerdem kommt es hier bei einem für die Schadstoffeinbindung wesentlichen Anteil der Brennstoffpartikel nur zu einer Entgasung der flüchti­ gen Bestandteile (mit deren unverzüglicher Verbrennung).The fresh air supply to the burners is dimensioned so that an air ratio of about 0.80-0.85 is realized together with the conveying air 7 on the burners. In this thus reducing flue gas atmosphere, in addition to relatively low combustion temperatures, not only is there a relatively low NO x formation, but at the same time, compared to an over-stoichiometric, unstaged air and fuel supply, there is in particular less sulfur dioxide formation a suppression of sulfur trioxide formation. In addition, a significant proportion of the fuel particles involved in the inclusion of pollutants only degasses the volatile constituents (with their immediate combustion).

Die entgasten Brennstoffpartikel sind sehr porenreich und besitzen somit sehr große innere Oberflächen (mit BET-Werten von <100-300 m²/8), an denen die im Rauchgas 21 enthaltenen Luft­ schadstoffe ähnlich stark wie an separat hergestelltem Braun­ kohle-Aktivkoks eingebunden werden.The degassed fuel particles are very pore-rich and therefore have very large inner surfaces (with BET values of <100-300 m² / 8), on which the air pollutants contained in the flue gas 21 are integrated to a similar extent as to separately produced brown coal activated coke.

Trotz der nachfolgenden Zufuhr weiterer Verbrennungsluft wer­ den diese entgasten Brennstoffpartikel nicht vollständig ver­ brannt, so daß ein gewisser Anteil der bei der Verbrennung frei­ gesetzten Luftschadstoffe in der Flugasche adsorptiv gebunden bleibt.Despite the subsequent supply of further combustion air who which these degassed fuel particles do not completely ver burns so that a certain portion of the free upon combustion air pollutants in the fly ash adsorptively bound remains.

Das hier angewendete bekannte Verfahrensprinzip der gestuften Brennstoff- und Luftzufuhr stellt somit hinsichtlich der Verrin­ gerung von Luftschadstoff-Emissionen einen ersten insitu/online- Reinigungsschritt der Rauchgase 21 dar.The known process principle of the staged fuel and air supply used here thus represents a first in-situ / online cleaning step of the flue gases 21 with regard to the reduction of air pollutant emissions.

In einem von den gesamten Verbrennungs-Randbedingungen (reaktionskinetische Brennstoffparameter, Korngrößenverteilung und Geschwindigkeit der Brennstoffpartikel, sich im Zusammenwir­ ken von Wärmeentbindung und Wärmeabtransport einstellende Parti­ kel- und Rauchgastemperaturen, . . . ) abhängigen, hinsichtlich der Realisierung einer möglichst niedrigen Verbrennungstemperatur und somit einer möglichst niedrigen Stickoxidbildung günstigen Ab­ stand oberhalb der oberen Brennerebene 14 wird mit ausreichender Mischenergie die erste aus der Luftleitung 17 abgezweigte Aus­ brandluft 19a (ABL 1) eingeblasen. Der Massestrom dieser ersten Ausbrandluft 19a ist so bemessen, daß nach der Durchmischung mit den Rauchgasen 21 eine Luftverhältniszahl von etwa 1,05 bis 1,15 (vorzugsweise 1,10) vorhanden ist.Depending on the overall combustion boundary conditions (reaction kinetic fuel parameters, particle size distribution and speed of the fuel particles, in the interaction of heat release and heat dissipation, particle and flue gas temperatures, ...), with regard to the realization of a combustion temperature as low as possible and thus as possible Low nitrogen oxide formation favorable Ab stood above the upper burner level 14 with sufficient mixing energy, the first branched off from the air line 17 is blown out of fire air 19 a (ABL 1). The mass flow of this first burnout air 19 a is dimensioned such that an air ratio of approximately 1.05 to 1.15 (preferably 1.10) is present after mixing with the flue gases 21 .

Die Aufteilung der Brennstoff-Masseströme sowie der Verbren­ nungsluft-Volumenströme wird mittels Regel- oder Trimmklappen (mit E-Motorantrieb) 20 so vorgenommen, daß eine möglichst hohe Verbrennungsgüte (niedrige NOx-Bildung bei weitestgehend voll­ kommener und vollständiger Verbrennung) realisiert wird. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, wo solche Klappen 20 in die Luft- bzw. Feststofförderleitungen eingebaut sind.The distribution of the fuel mass flows and the combustion air volume flows is carried out by means of control or trim flaps (with electric motor drive) 20 so that the highest possible quality of combustion (low NO x formation with largely perfect and complete combustion) is realized. The drawing shows where such flaps 20 are installed in the air or solids delivery lines.

Oberhalb der Zuführung der Ausbrandluft 19a (ABL 1) wird in einem Rauchgas-Temperaturbereich von 800-1000°C als Sorbens für die Einbindung der gasförmigen Luftschadstoffe (Schwefeloxi­ de, Stickoxide sowie Chlor- und Fluorwasserstoffe) Kalkhydrat (Calciumhydroxid) in feinkörniger trockener Form in den Kessel 10 eingetragen. Hiermit wird die zweite Stufe des vorgeschlagenen mehrstufigen Emissionsminderungsverfahrens als Trockenadditiv- Verfahren (TAV) realisiert. Der angegebene Rauchgastemperaturbe­ reich ist dabei für die Calcinierung/Dehydratisierung des Kalkhy­ drats sowie für die Sulfatisierung des gebildeten Calciumoxids technisch-wirtschaftlich optimal (oberes optimales Temperatur­ fenster).Above the supply of the burnout air 19 a (ABL 1) in a flue gas temperature range of 800-1000 ° C as a sorbent for the integration of gaseous air pollutants (sulfur oxides, nitrogen oxides as well as chlorine and fluoride), hydrated lime (calcium hydroxide) in fine-grained dry form entered in the boiler 10 . This implements the second stage of the proposed multi-stage emission reduction process as a dry additive process (TAV). The specified flue gas temperature range is technically and economically optimal for the calcination / dehydration of the calcium hydroxide as well as for the sulfation of the calcium oxide formed (upper optimal temperature window).

Zur Realisierung des TAV wird Kalkhydrat 22 aus einem Vor­ ratssilo 23 über eine mittels einer Absperrarmatur 3 absperrbare Austragsleitung 24 einer Zellenradschleuse 25 zugeführt. Deren Drehzahl wird über eine Regelung jeweils so eingestellt, daß der im gerade gefahrenen Betriebsfall insgesamt zur ausreichenden Emissionsminderung erforderliche Additiv-Massestrom aus dem Silo 23 abgezogen wird. Dieser Gesamt-Additiv-Massestrom setzt sich aus dem Massestrom für das TAV sowie aus dem Massestrom für die nachstehend noch beschriebene dritte Emissionsminderungsstufe (Sprühabsorption) zusammen.To implement the TAV, hydrated lime 22 is fed from a pre-silo 23 via a discharge line 24, which can be shut off by means of a shut-off valve 3, to a rotary valve 25 . Their speed is adjusted via a control so that the additive mass flow required for sufficient emission reduction in the just driven operation is withdrawn from the silo 23 . This total additive mass flow is composed of the mass flow for the TAV and the mass flow for the third emission reduction stage (spray absorption), which is described below.

Als Führungsgrößen für die Verstellung der Drehzahl der Zellenradschleuse 25 werden dabei die im Schornstein 44 an der Stelle 45 gemessenen Emissionen an den genannten Luftschadstoffen sowie der vor dem Saugzug 42 gemessene gesamte Rauchgas-Volumen­ strom benutzt. Der Gesamt-Additiv-Massestrom wird an einer Ver­ zweigung 26 in zwei Teilströme aufgeteilt. Der erste Teilstrom wird über die Leitung 27 für das TAV abgezweigt. Die Größe dieses Teilstroms wird durch die drehzahlregelbare Zellenradschleuse 30 über einen separaten Regelkreis jeweils so eingestellt, daß in­ nerhalb des Kessels 10 auf dem gesamten Rauchgasweg keine (nach­ weisbare) Schwefeltrioxid-Bildung eintritt.The guide values for adjusting the speed of the rotary valve 25 are the emissions in the chimney 44 at the point 45 at the air pollutants mentioned and the total flue gas volume flow measured before the suction 42 . The total additive mass flow is split at a branch 26 in two sub-flows. The first partial stream is branched off via line 27 for the TAV. The size of this partial flow is adjusted by the speed-controllable rotary valve 30 via a separate control loop in such a way that no (detectable) sulfur trioxide formation occurs within the boiler 10 along the entire flue gas path.

Als Führungsgrößen für diese Maßnahme zur Unterdrückung des Schwefelsäure-Taupunktes der Rauchgase 21 werden der am Kessel­ ende unter der Nachweisgrenze zu haltende SO₃-Meßwert und der vor dem Saugzug 42 gemessene gesamte Rauchgas-Volumenstrom benutzt.As a guide for this measure to suppress the sulfuric acid dew point of the flue gases 21 , the SO 3 measured value to be kept at the end of the boiler below the detection limit and the total flue gas volume flow measured before the suction draft 42 are used.

Der für das TAV benötigte Additiv-Massestrom wird mittels pneumatischer Förderung in den Kessel 10 eingetragen. Die dazu erforderliche trockene Förderluft 28 wird von einem Fördergebläse 29 über eine Ansaugleitung in die beheizte Förderleitung 27 ge­ fördert.The additive mass flow required for the TAV is entered into the boiler 10 by means of pneumatic conveying. The required dry conveying air 28 is promoted by a conveying fan 29 via a suction line into the heated conveying line 27 .

Der eigentliche Eintrag des kalkhydratbeladenen Förderstroms in den Kessel 10 erfolgt über ein nicht dargestelltes Mehrdüsen- Eintragssystem. Dieses Eintragssystem ist hinsichtlich der An­ zahl, der geometrischen Gestaltung und Anordnung der Düsen in be­ kannter Weise so gestaltet, daß es zu einer möglichst vollständi­ gen Durchmischung der Additiv-Feststoffpartikel mit den Rauchga­ sen 21 kommt. Für die Unterdrückung des Schwefelsäure-Taupunktes ist unter den gegebenen Einsatzbedingungen ein relativ geringer Additiv-Massestrom erforderlich. Es genügt hier im allgemeinen, ein (Ca/S)-Molverhältnis von rund 0,5 zu realisieren.The actual entry of the lime hydrate-laden flow into the boiler 10 takes place via a multi-nozzle entry system, not shown. This entry system is designed in terms of the number, the geometric design and arrangement of the nozzles in a known manner so that it is as complete as possible mixing of the additive solid particles with the Rauchga sen 21 . To suppress the sulfuric acid dew point, a relatively low additive mass flow is required under the given conditions of use. It is generally sufficient here to achieve a (Ca / S) molar ratio of around 0.5.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird oberhalb der Trocken-Additiv-Zufuhr noch eine zweite Ausbrandluft (ABL 2) über die Leitung 19b in den Kessel 10 mit ausreichender Mischenergie in einem solchen Volumenstrom eingeblasen, daß danach die Luft­ verhältniszahl in einem Wertebereich von 1,15-1,20 liegt. Mit diesen Luftverhältniszahlen ist erfahrungsgemäß sowohl eine wei­ testgehend vollständige und vollkommene Verbrennung als auch eine wesentliche Aufoxidation des bei der Schwefeleinbindung in das kalcinierte Additiv primär gebildeten (relativ leicht auslaugba­ ren) Calciumsulfits (CaSO₃) zum beständigeren und somit einfacher deponierbaren Calciumsulfat (CaSO₄) erreichbar. Höhere Luftver­ hältniszahlen würden hingegen unnötigerweise den Wirkungsgrad der Gesamtanlage verschlechtern.Is in the present embodiment above the dry additive supply, a second combustion air (ABL 2) via the line 19 b in the boiler 10 with sufficient mixing energy in such a volume flow blown, that thereafter the air aspect ratio in a range from 1.15 1.20. With these air ratios, experience has shown that both complete and complete combustion and substantial oxidation of the (relatively easily leachable) calcium sulfite (CaSO₃) that is primarily formed when sulfur is incorporated into the calcined additive can be achieved for more stable and therefore easier to deposit calcium sulfate (CaSO₄). On the other hand, higher air ratios would unnecessarily reduce the efficiency of the overall system.

Alternativ kann es in anderen Anwendungsfällen gesamtwirt­ schaftlicher sein, die genannten günstigen Luftverhältniszahlen bereits mit der ABL1 und der Additivförderluft 28 zu realisieren.Alternatively, in other applications it can be more economical to implement the above-mentioned favorable air ratio figures with the ABL1 and the additive conveying air 28 .

Bei den genannten Randbedingungen bezüglich des Rauchgas-Tem­ peraturbereiches, der Luftverhältniszahlen und des (Ca/S)-Molver­ hältnisses werden im Ausführungsbeispiel in der zweiten Emis­ sionsminderungsstufe (TAV-Stufe) Schwefeleinbindungsgrade von etwa 10-20% erreicht. Die hierbei auftretenden Einbindungsgra­ de für Chlor- und Fluorwasserstoff liegen noch etwas höher (bei mindestens 15-25%).With the mentioned boundary conditions regarding the flue gas temperature temperature range, the air ratio and the (Ca / S) molver ratios are in the embodiment in the second emis sion reduction level (TAV level) reached about 10-20%. The integration size that occurs here de for hydrogen chloride and hydrogen fluoride are somewhat higher (at at least 15-25%).

Der in der Brennkammer bzw. im ersten Zug des Kessels 10 in den Brennkammertrichter abgeschiedene Flugascheanteil gelangt über eine absperrbare Austragsleitung 46 in einen Flugasche-Silo 48. In diesen Silo 48 wird auch der im Aschetrichter des Kessel- Querzuges abgeschiedene Flugascheanteil über eine absperrbare Austragsleitung 47 eingeleitet. In geringem Maße sind in dieser Flugasche (durch adsorptive/adhäsive Bindung an die Flugaschepar­ tikel) auch Kalkhydrat-Partikel enthalten.The fly ash portion separated into the combustion chamber funnel in the combustion chamber or in the first draft of the boiler 10 reaches a fly ash silo 48 via a lockable discharge line 46 . The fly ash portion separated in the ash hopper of the boiler cross train is also introduced into this silo 48 via a lockable discharge line 47 . To a small extent, this fly ash (due to adsorptive / adhesive binding to the fly ash particles) also contains hydrated lime particles.

Durch die weiter oben bereits angeführte Unterdrückung des Schwefelsäure-Taupunktes der Rauchgase werden die ohne besondere Korrosionsschutzmaßnahmen an den gefährdeten rauchgasberührten Bauteilen fahrbaren minimalen Kessel-Abgastemperaturen nunmehr zunächst nur von dem wesentlich niedrigeren Wasserdampf-Taupunkt der Rauchgase bestimmt.By suppressing the The sulfuric acid dew point of the flue gases is without any special Corrosion protection measures on the endangered smoke gas Components of the minimum boiler exhaust gas temperatures that can be moved now initially only from the much lower water vapor dew point the flue gases determined.

Für den im Ausführungsbeispiel eingesetzten Brennstoff liegt der Schwefelsäure-Taupunkt beispielsweise für eine Luftverhält­ niszahl von 1,2 im Vollastbetrieb bei rund 120°C, der Wasser­ dampf-Taupunkt jedoch nur bei rund 50°C.For the fuel used in the embodiment lies the sulfuric acid dew point, for example, for an air ratio nis number of 1.2 in full load operation at around 120 ° C, the water steam dew point, however, only at around 50 ° C.

Üblicherweise wird die niedrigste Abgastemperatur sicher­ heitshalber so festgelegt, daß die Oberflächentemperatur der rauchgasberührten Bauteile an jeder Stelle mindestens 5-15 K wärmer als die Rauchgas-Taupunkttemperatur ist. Diese Ober­ flächentemperatur ist sowohl von der Rauchgastemperatur als auch von der niedrigsten Temperatur des Arbeitsmittels (Luft, Wasser) sowie den örtlichen Wärmeübertragungsverhältnissen abhängig. Für die Bewertung der wirtschaftlichen Vorteile des beschriebenen Verfahrens zur Herabsetzung der Rauchgas-Taupunkttemperatur ist bedeutsam, daß die Verringerung der Abgastemperatur um 10 K in­ nerhalb des genannten Wertebereiches eine Erhöhung des Kessel­ wirkungsgrades um ca. 0,5 - Prozentpunkte bewirkt. Etwa im Ver­ hältnis der relativen Wirkungsgradverbesserung reduzieren sich dann bei gleicher Kesselleistung auch der Brennstoff- und Addi­ tiv-Massestrom sowie sämtliche Emissionswerte, insbesondere auch die CO₂-Emissionswerte. The lowest exhaust gas temperature is usually certain for the sake of safety so determined that the surface temperature of the components in contact with smoke gas at least 5-15 at each point K is warmer than the flue gas dew point temperature. This waiter surface temperature is both from the flue gas temperature as well from the lowest temperature of the work equipment (air, water) as well as the local heat transfer conditions. For the assessment of the economic benefits of the described Procedure for reducing the flue gas dew point temperature significant that the reduction in exhaust gas temperature by 10 K in an increase in the boiler within the stated value range efficiency by approx. 0.5 percentage points. About in the ver ratio of the relative improvement in efficiency are reduced then the fuel and addi with the same boiler output tiv mass flow and all emission values, in particular also the CO₂ emission values.  

Bei dem vorgeschlagenen mehrstufigen Emissionsminderungsver­ fahren wird dieses Einsparpotential aus den nachstehenden Gründen insgesamt vorteilhafterweise nicht vollständig genutzt.With the proposed multi-stage emission reduction scheme will drive this savings potential for the following reasons overall advantageously not fully used.

So ist es zunächst vorteilhaft, die Rauchgastemperatur im ge­ samten Prozeß nicht unter die geforderte Schornstein-Mindestein­ trittstemperatur von 72°C abzusenken. Die ansonsten - wie bei den nassen Entschwefelungsverfahren - erforderliche Wiederauf­ heizung der Rauchgase ist hinsichtlich der Gesamtkosten aufwen­ diger als die Kompensation der entsprechenden Wirkungsgradver­ ringerung.So it is initially advantageous to set the flue gas temperature in the ge whole process not below the required chimney minimum lower the temperature of 72 ° C. Otherwise - as with the wet desulfurization process - required re-start heating the flue gases is expensive in terms of total costs diger than the compensation of the corresponding Efficiency ver wrestling.

Im Ausführungsbeispiel wird daher die Rauchgastemperatur so geregelt, daß sie am Schornsteineintritt den vorstehend genannten Forderungswert nicht unterschreitet und somit auf eine Wiederauf­ heizung der Rauchgase verzichtet werden kann.In the exemplary embodiment, therefore, the flue gas temperature becomes so regulated that they the above mentioned at the chimney entrance Demand value does not fall below and therefore on a renewed heating the flue gases can be dispensed with.

Daraus ergibt sich für die in einem Sprühabsorber 37, der sich dem Querzug des Kessels 10 anschließt, realisierte dritte Emissionsminderungsstufe eine untere Reaktionstemperatur (Rauch­ gastemperatur am Austritt aus dem Sprühabsorber 37) von rund 80° C. Weiterhin wird zur Erzielung hoher Umsatzgeschwindigkeiten und folglich großer Entschwefelungsgrade mit möglichst niedrigen Ad­ ditiv-Masseströmen die Rauchgastemperatur im Sprühabsorber 37 im Ausführungsbeispiel nach oben auf ca. 105°C begrenzt.This results in a lower reaction temperature (smoke gas temperature at the outlet from the spray absorber 37 ) of around 80 ° C. for the third emission reduction stage realized in a spray absorber 37 , which connects to the transverse pull of the boiler 10. Furthermore, to achieve high conversion speeds and consequently higher ones Desulfurization levels with the lowest possible additive mass flows limit the flue gas temperature in the spray absorber 37 in the exemplary embodiment to approximately 105 ° C.

Durch die Einhaltung dieses "unteren optimalen Temperatur­ fensters", welches mittels einer üblichen, nach der Rauchgas­ austrittstemperatur aus dem Sprühabsorber 37 geregelten Wasser­ eindüsung 37a bewirkt wird, werden bei (Ca/S)-Molverhältniswer­ ten des Kalkhydrats von 1,5-2,0 je nach der Reaktionsfreudig­ keit und der BET-Oberfläche des eingesetzten Kalkhydrats Schwe­ feleinbindungsgrade von 55 bis 75% erreicht. Auch für die Chlor- und Fluorwasserstoffe liegen hier die Einbindungsgrade unter den genannten Bedingungen mit ca. 30-50% hoch. By observing this "lower optimal temperature window", which is effected by means of a conventional, after the flue gas outlet temperature from the spray absorber 37 controlled water injection 37 a, at (Ca / S) molar ratio of the lime hydrate of 1.5-2 , 0 depending on the reactivity and the BET surface area of the hydrated lime used, sulfur levels of 55 to 75% achieved. For the chlorine and hydrogen fluoride, the levels of integration under the conditions mentioned are high at around 30-50%.

Insbesondere gelingt es mit dein vorgeschlagenen speziellen mehrstufigen Emissionsminderungsverfahren durch das Vorhandensein einer noch ausreichend hohen Schwefeldioxid-Eintrittskonzentra­ tion in den Sprühabsorber 37 eine weitere, mit Werten von ca. 15-30% sehr bedeutende Verringerung der Stickoxidkonzentration der Rauchgase 21 zu erreichen. Hierbei treten die Höchstwerte der NOx-Minderung bei einer Reaktionstemperatur von ca. 100°C auf.In particular, with your proposed special multi-stage emission reduction process, the presence of a still sufficiently high sulfur dioxide entry concentration in the spray absorber 37 enables a further reduction of the nitrogen oxide concentration of the flue gases 21, which is very significant with values of approximately 15-30%. The maximum NO x reduction values occur at a reaction temperature of approx. 100 ° C.

Das für die Sprühabsorption benötigte Kalkhydrat wird als Be­ standteil des Gesamt-Additiv-Massestroms mit der Zellenrad- Schleuse 25 über die Austragsleitung 24 aus dem Additiv-Silo 23 geregelt abgezogen. Nach dem bereits beschriebenen Abzweigen des für das TAV benötigten Teilstroms an der Verzweigung 26 gelangt der restliche (größere) Additiv-Teilstrom über eine absperrbare, beheizte Leitung 31 in einen mit einem Rührwerk ausgerüsteten Suspensator 33.The hydrated lime required for the spray absorption is deducted as part of the total additive mass flow with the rotary valve 25 via the discharge line 24 from the additive silo 23 in a controlled manner. After the partial flow required for the TAV has already been branched off at the branch 26 , the remaining (larger) additive partial flow passes via a shut-off, heated line 31 into a suspension 33 equipped with an agitator.

Zum Suspensieren wird über eine Leitung 32 Wasser in den Sus­ pensator 33 in einer solchen Menge eingeführt, wie es zur Suspen­ sierung bis zur einwandfreien Förderbarkeit mittels einer Förder­ pumpe 35 erforderlich ist. Der Suspensator 33 ist mit einer Füll­ stands-, Meß- und Regeleinrichtung ausgerüstet, die gewähr­ leistet, daß der Füllstand einen oberen Grenzwert nicht über­ schreitet und einen unteren Grenzwert nicht unterschreitet.For suspension 32 water is introduced into the Sus pensator 33 in a quantity such as it is required for suspension up to perfect conveyability by means of a pump 35 via a line. The suspending device 33 is equipped with a filling level, measuring and regulating device which ensures that the filling level does not exceed an upper limit value and does not fall below a lower limit value.

Die gut durchmischte Kalkhydrat-Suspension wird von der För­ derpumpe 35 über eine absperrbare und mit einer Regelklappe aus­ gerüstete Suspensator-Austrittsleitung (Saugleitung) 34 und eine Suspensions-Förderleitung (Druckleitung) 36 zum Kopf des Sprühab­ sorbers 37 gefördert. Dort wird sie mittels eines üblichen, mit hohen Drehzahlen (z. B. mit 5000-10 000 U/min) arbeitenden Rota­ tionszerstäubers feinstzerstäubt (mittlerer Tröpfchendurchmesser etwa (15-25)×10-6 m). Die Antriebswelle des Rotationszer­ stäubers ist vertikal angeordnet, so daß die Hauptflugrichtung der Suspensionströpfchen horizontal ist. Dadurch ist eine sehr gute Durchmischung der Kalkhydratsuspension mit den ebenfalls am Kopf des Sprühabsorbers 37 bekannterweise tangential, durch nicht dargestellte Leitbleche verdrallt eintretenden Rauchgase 21 erreicht.The well-mixed lime hydrate suspension is conveyed by the pump 35 via a lockable and equipped with a control flap made of a suspension outlet line (suction line) 34 and a suspension delivery line (pressure line) 36 to the head of the spray absorber 37 . There it is finely atomized using a conventional rotary atomizer operating at high speeds (e.g. at 5000-10,000 rpm) (average droplet diameter approximately (15-25) × 10 -6 m). The drive shaft of the Rotationszer atomizer is arranged vertically, so that the main direction of flight of the suspension droplets is horizontal. This results in a very good mixing of the hydrated lime suspension with the smoke gases 21 , which are also known to be tangential to the head of the spray absorber 37 and are swirled by baffles (not shown).

Es ist auch möglich, die für eine hohe Schadstoffeinbindung erforderliche gute Durchmischung der Kalkhydrat-Suspension mit den Rauchgasen 21 mit einem der ebenfalls bekannten Zerstäuberdü­ sen-Systeme zu erzielen.It is also possible to achieve the thorough mixing of the lime hydrate suspension with the flue gases 21 required for a high level of pollutant incorporation with one of the likewise known atomizing nozzle systems.

Der Sprühabsorber 37 ist hinsichtlich der Stoff- und Wärme­ bilanzen in bekannter Weise so ausgelegt, daß er für die Luft­ schadstoffe Schwefel- und Stickoxide sowie Chlor- und Fluorwas­ serstoff bei allen Kessellasten den für die Erfüllung der insge­ samt geforderten Emissionsminderung jeweils benötigten Emissions­ minderungsanteil (durch die Realisierung eines entsprechenden (Ca/S)-Molverhältnisses) leistet. Er ist weiterhin so ausgelegt, daß das in seinem Austragstrichter anfallende Absorpt-/Flugasche- Gemisch trocken und rieselfähig ausfällt.The spray absorber 37 is designed in terms of the material and heat balances in a known manner so that it contains pollutants for the air, sulfur and nitrogen oxides as well as chlorine and fluorofluoride for all boiler loads, the emission reduction share required to meet the overall required emission reduction ( by realizing a corresponding (Ca / S) molar ratio). It is also designed so that the absorptive / fly ash mixture obtained in its discharge hopper is dry and free-flowing.

Als Führungsgrößen für die Regelung des Kalkhydrat-Masse­ stroms zum Suspensator 33 bzw. des Suspensions-Massestroms zum Sprühabsorber 37 werden die im Schornstein 44 gemessenen Emis­ sionswerte (im Vergleich zu den entsprechenden Forderungswerten) sowie der vor dem Saugzug 42 gemessene Rauchgas-Volumenstrom ver­ wendet. Dabei wird die mit dem TAV bereits realisierte Emissions­ minderung von der insgesamt erforderlichen Emissionsminderung ab­ gezogen.The emission values measured in the chimney 44 (in comparison to the corresponding demand values) and the flue gas volume flow measured in front of the suction draft 42 are used as reference values for the control of the hydrated lime mass flow to the suspending device 33 or the suspension mass flow to the spray absorber 37 . The emission reduction already achieved with the TAV is subtracted from the total required emission reduction.

Aus dem Austragstrichter des Sprühabsorbers wird das dort an­ gefallene Gemisch über eine absperrbare Leitung 49 in einen Ab­ sorpt-/FLugasche-Silo 50 eingeleitet. Die Rauchgase 21 gelangen über einen Rauchgaskanal 39 zu einem Gewebe-/Schlauchfilter 40. From the discharge funnel of the spray absorber, the mixture which has fallen there is introduced via a lockable line 49 into a sorpt / fly ash silo 50 . The flue gases 21 pass through a flue gas duct 39 to a fabric / bag filter 40 .

In diesem an sich bekannten Filter 40 wird die vierte Emissions­ minderungsstufe des vorgeschlagenen Mehrstufenverfahrens reali­ siert. Dabei wird in an sich bekannter Weise neben der primär beabsichtigten höchsteffektiven Staubabscheidung eine zusätzliche wesentliche Verringerung der Schwefeloxid- sowie Chlor- und Fluorwasserstoff-Konzentration beim Durchströmen der Rauchgase 21 durch die auf bzw. im Gewebe bereits abgelagerten Feststoff­ partikel erzielt. Diese Emissionsminderung wird durch den sehr innigen Kontakt bewirkt, den die genannten (sowie weitere gas­ förmige) Luftschadstoffe beim Durchströmen des sogenannten Fil­ terkuchens haben, indem bei den genannten insgesamt überstö­ chiometrischen Kalkhydrat-Zuführungen noch ein bedeutender Anteil nicht ausreagierter Calciumhydroxid- bzw. Calciumoxid-Partikel enthalten sind. So werden im Ausführungsbeispiel für die genann­ ten Rauchgaskomponenten bei dem Verfahrensbeispiel im unteren optimalen Temperaturfenster durchgeführten Filterbetrieb noch Konzentrationsverringerungen von rund 20-30% erreicht.In this filter 40 , which is known per se, the fourth emission reduction stage of the proposed multi-stage method is implemented. In addition to the primarily intended highly effective dust separation, an additional substantial reduction in the sulfur oxide, chlorine and hydrogen fluoride concentration is achieved in a manner known per se when the flue gases 21 flow through the solid particles already deposited on or in the tissue. This emission reduction is brought about by the very intimate contact that the above-mentioned (as well as other gaseous) air pollutants have when flowing through the so-called filter cake, in that a significant proportion of unreacted calcium hydroxide or calcium oxide or Particles are included. For example, in the exemplary embodiment for the flue gas components mentioned in the case of the process example in the lower optimal temperature window, filter reductions of around 20-30% are achieved.

Das in die Silos 48, 50 und 52 eingeleitete Flugasche-/Ab­ sorpt-Gemisch kann einerseits über die Leitungen 53 und 55, bzw. 59 und 61, bzw. 62 und 64 mittels nicht dargestellter Eintrags­ einrichtungen, wie Injektoren/Ejektoren in eine pneumatische För­ derleitung/Druckleitung 58 aufgegeben werden. Durch diese För­ derleitung 58 kann es mittels der von einem Fördergebläse 57 über eine Ansaugleitung 56 angesaugten Trägerluft aus dem eigentlichen mehrstufigen Rauchgasreinigungsprozeß entsorgt oder einem Weiter­ verarbeitungsprozeß zugeführt werden. Andererseits ist es aber auch in analoger Weise möglich, das Flugasche-/Absorpt-Gemisch aus den Silos 58, 50 und 52 über die Leitungen 53, 59 bzw. 62 in eine pneumatische Förderleitung/Druckleitung 67 einzutragen. Durch diese Förderleitung 67 kann ein Teil dieses Gemisches mit­ tels der von einem Fördergebläse 66 über eine Ansaugleitung 65 angesaugten Trägerluft zur besseren Ausnutzung seines Sorptions­ vermögens rezirkuliert und an der Eintragsstelle 68 in den Sus­ pensator 33 eingetragen werden. Diese Eintragsstelle 68 ist in hier nicht dargestellter Weise nach bekannten Verfahrenstechni­ ken so ausgeführt, daß es zu keinem Eintrag wesentlicher Anteile des Förderluftvolumenstroms in den Suspensator 33 kommt.The introduced into the silos 48 , 50 and 52 fly ash / from sorpt mixture can on the one hand via the lines 53 and 55 , or 59 and 61 , or 62 and 64 by means of not shown entry devices, such as injectors / ejectors in a pneumatic För derleitung / pressure line 58 are abandoned. Through this För derleitung 58 , it can be disposed of by means of the carrier air sucked in by a conveying fan 57 via a suction line 56 from the actual multi-stage flue gas cleaning process or can be fed to a further processing process. On the other hand, it is also possible in an analogous manner to enter the fly ash / absorpt mixture from the silos 58 , 50 and 52 via the lines 53 , 59 and 62 into a pneumatic delivery line / pressure line 67 . Through this conveying line 67 , part of this mixture can be recirculated by means of the carrier air sucked in by a conveying fan 66 via a suction line 65 for better utilization of its sorption capacity and entered at the entry point 68 in the sus pensator 33 . This entry point 68 is carried out in a manner not shown here according to known process techniques so that there is no entry of significant portions of the conveyed air volume flow into the suspension 33 .

Der bereits erreichte Sorptionsgrad des Additivs sowie die technisch-wirtschaftliche Zielstellung, die einzuhaltenden Schad­ stoff-Emissionsgrenzwerte mit einem möglichst geringen Additiv- Einsatz zu erreichen, bestimmt die Größe der aus den Silos zu rezirkulierenden Flugasche-/Absorpt-Massestromanteile. Für die Realisierung dieser Rezirkulationsanteile sind in die absperr­ baren Leitungen 53, 59 bzw. 62 Verzweigungsstücke 54, 60 bzw. 63 eingebaut. Die von diesen Verzweigungen jeweils zu einer der bei­ den Förderleitungen 58 oder 67 abgehenden, ebenfalls absperrbaren Leitungen ermöglichen es, durch die Schließung bzw. Öffnung der entsprechenden Absperrarmatur den jeweils zweckmäßigsten Rezirku­ lationsanteil zu realisieren.The degree of sorption of the additive that has already been achieved, as well as the technical and economic objective of achieving the pollutant emission limit values to be observed with the lowest possible use of additive, determine the size of the fly ash / absorber mass flow components to be recirculated from the silos. For the realization of these recirculation parts 53 , 59 and 62 branch pieces 54 , 60 and 63 are installed in the shut-off lines. Each of these branches to one of the outgoing lines in the delivery lines 58 or 67 , also lockable lines make it possible to realize the most appropriate recirculation portion by closing or opening the corresponding shut-off valve.

Neben der in der Zeichnung dargestellten Rezirkulation des Absorpt-/Flugasche-Gemisches aus den Silos 48, 50 und 52 zum Sus­ pensator 33 ist es auch möglich, dieses Gemisch zu dem Trocken­ additiv-Massestrom zurückzuführen, der trocken in den Kessel 10 eingetragen wird.In addition to the recirculation of the absorber / fly ash mixture shown in the drawing from the silos 48 , 50 and 52 to the Sus pensator 33 , it is also possible to return this mixture to the dry additive mass flow, which is entered dry into the boiler 10 .

Im übrigen sind alle Feststoff-Silos 21, 2, 48, 50 und 52 sowie der Suspensator 33 mit Füllstands-Meßeinrichtungen bekannter Ausführung ausgestattet, die beim Überschreiten des zulässigen oberen Füllstandes ein Alarmzeichen auslösen. Bei den Silos für den Brennstoff 2 und für das Additiv 23 wird ebenso wie für den Suspensator 33 eine solche Meldung auch beim Unterschrei­ ten eines minimal erforderlichen Füllstandes gegeben.In addition, all solid-state silos 21 , 2 , 48 , 50 and 52 and the suspensor 33 are equipped with level measuring devices of known design which trigger an alarm signal when the permissible upper level is exceeded. In the silos for the fuel 2 and for the additive 23 , such a message is also given for the suspending device 33, even when the minimum required level is undershot.

Sämtliche Leitungen, durch die Additiv und/oder Absorpt ge­ fördert werden, sind für eine sichere Förderung dieser Feststoffe ausreichend beheizt bzw. isoliert. All lines through which additive and / or absorpt are promoted for the safe conveyance of these solids sufficiently heated or insulated.  

Insgesamt gelingt es mit dem erfindungsgemäßen mehrstufigen Emissionsminderungsverfahren im vorstehend beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiel beim Einsatz von handelsüblichen Kalkhydrat bereits bei einem summarischen (Ca/S)-Molverhältnis von 2,0-2,5 einen Emissionsminderungsgrad bei den Schwefeloxiden von rund 90% zu erreichen. Auch bei allen anderen Luftschadstoffen werden die ge­ setzlich geforderten Emissionsgrenzwerte unterschritten.Overall, the multi-stage process according to the invention succeeds Emission reduction method in the above-described embodiment Example of using commercially available lime hydrate already at a total (Ca / S) molar ratio of 2.0-2.5 one Emission reduction rate for sulfur oxides of around 90% to reach. For all other air pollutants, the ge legally required emission limit values.

Claims (12)

1. Mehrstufenverfahren zur abwasserfreien Verringerung von bei der Verbrennung fossiler schwefelhaltiger Brennstoffe gasförmig freigesetzten Luftschadstoffen, wobei eine gestufte Luft- und/ oder Brennstoffzufuhr in die Brennkammer eines Kessels oder einer Feuerungsanlage sowie eine Zugabe von erdalkalireichen Additiven zu den Rauchgasen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe des erdalkalireichen Additivs (22) in einem oberen Temperaturfen­ ster von ca. 800-1000°C in einem nur so geringen Additiv- Brennstoff-Massestromverhältnis vorgenommen wird, wie es für die Einbindung von bereits gebildetem Schwefeltrioxid sowie zur Ver­ meidung einer Schwefeltrioxid-Neubildung gerade erforderlich ist, wodurch die Rauchgase (21) in eine zweite, in einem unteren Tem­ peraturfenster von ca. 80-120°C arbeitende Additivzugabestelle (37) mit einem so hohen Schwefeldioxydgehalt eintreten, daß neben den anderen Luftschadstoffen auch Stickstoffoxid hocheffektiv quasitrocken in ein in die Rauchgase (21) eingetragenes erdalka­ lireiches Additiv (22) eingebunden wird.1. Multi-stage process for wastewater-free reduction of air pollutants released in the combustion of fossil sulfur-containing fuels, a staged air and / or fuel supply into the combustion chamber of a boiler or a combustion system and an addition of alkaline earth-rich additives to the flue gases, characterized in that the Add the alkaline earth-rich additive ( 22 ) in an upper temperature window of approx. 800-1000 ° C in an additive-fuel-mass flow ratio that is only as low as it is for the integration of already formed sulfur trioxide and for avoiding the formation of new sulfur trioxide is just necessary, so that the flue gases ( 21 ) in a second, in a lower temperature window of about 80-120 ° C working additive addition point ( 37 ) with such a high sulfur dioxide content that besides the other air pollutants also nitrogen oxide highly effectively quasi dry in in the Flue gases ( 21 ) registered earth alkaline additive ( 22 ) is incorporated. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der zweiten Additivzugabe nachgeordneten Verfahrens­ schritt ein zur weiteren Einbindung der gasförmigen Luft­ schadstoffe im unteren Temperaturfenster arbeitender, primär der Staubabscheidung dienender Gewebefilter (40) verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that in one of the second additive downstream process step for further incorporation of the gaseous air pollutants in the lower temperature window, primarily serving the dust separation fabric filter ( 40 ) is used. 3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als erdalkalireiches Additiv (22) Kalkhydrat eingesetzt wird.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that lime hydrate is used as an alkaline earth additive ( 22 ). 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das erdalkalireiche Additiv (22) an der zweiten Zugabestelle mittels eines herkömmlichen Sprühabsorbers (37) als wäßrige Suspension feinstverteilt in die Rauchgase (21) einge­ sprüht und mit diesen möglichst vollkommen vermischt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the alkaline earth metal additive ( 22 ) at the second addition point by means of a conventional spray absorber ( 37 ) is sprayed as an aqueous suspension into the flue gases ( 21 ) and is mixed with these as completely as possible . 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erdalkalireiche Additiv (22) in der zweiten Zugabestelle trocken eingebracht und dann von wasser- bzw. wasserdampfkonditionierten Rauchgasen (21) zur Erzielung einer hohen Reaktivität ausreichend befeuchtet wird.5. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that the alkaline earth metal additive ( 22 ) is introduced dry in the second addition point and then sufficiently humidified by water or steam-conditioned flue gases ( 21 ) to achieve a high reactivity. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die quasitrockene Einbindung der Luftschadstoffe in das erdalkali­ reiche Additiv (22) in einem, vorzugsweise zirkulierend betrie­ benen Feststoff-/Gas-Wirbelschichtreaktor realisiert wird, wobei die Rauchgase (21) als Fluidationsmittel und die Additiv-Flug­ asche-Partikel als Feststoff eingesetzt werden.6. The method according to claim 5, characterized in that the quasi-dry incorporation of the air pollutants into the alkaline earth-rich additive ( 22 ) in a preferably circulating operated solid / gas fluidized bed reactor is realized, the flue gases ( 21 ) as the fluidizing agent and Additive fly ash particles are used as a solid. 7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das untere Temperaturfenster durch Eindüsung eines entsprechenden Wasser- oder Wasserdampf-Massestroms (37a) am Eingang des Sprühabsorbers (37) bzw. des Wirbelschichtreaktors eingestellt wird, wobei als Einspritzwasser auch Rohwasser/ Brauchwasser verwendet werden kann.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the lower temperature window is set by injecting a corresponding water or steam mass flow ( 37 a) at the entrance of the spray absorber ( 37 ) or the fluidized bed reactor, raw water as injection water / Process water can be used. 8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeich­ net durch die Zugabe auf die Einbindung der gasförmigen Luft­ schadstoffe in das erdalkalireiche Additiv stark katalytisch wirkenden Zuschlagstoffen, wie Natriumchlorid, Natriumhydroxid, Natriumsulfit und Calciumfluorid.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized net by adding on the inclusion of the gaseous air pollutants in the alkaline earth additive highly catalytic acting additives, such as sodium chloride, sodium hydroxide, Sodium sulfite and calcium fluoride. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe der Zuschlagstoffe in einem Masseanteil von 1-10% des Hauptadditivs (22) erfolgt. 9. The method according to claim 8, characterized in that the addition of the additives in a mass fraction of 1-10% of the main additive ( 22 ). 10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur besseren Ausnutzung des Additivs (22) das im Kessel (10) und/oder Sprühabsorber (37) bzw. im Wirbel­ schichtreaktor und/oder im Gewebefilter (40) angefallene Absorpt- /Flugasche-Gemisch gänzlich oder teilweise rezirkuliert wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for better utilization of the additive ( 22 ) in the boiler ( 10 ) and / or spray absorber ( 37 ) or in the vortex layer reactor and / or in the fabric filter ( 40 ) accumulated absorpt - / fly ash mixture is completely or partially recirculated. 11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur weiteren Verringerung der gasförmigen Luftschadstoff-Emissionen, insbesondere der Stickoxid-Emis­ sionen, eine teilweise Rückführung von abgekühlten Rauchgasen (21) aus dem hinteren Teil des Kessels (10) in die Brennkam­ mer vorgenommen wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that to further reduce the gaseous air pollutant emissions, in particular the nitrogen oxide emissions, a partial recirculation of cooled flue gases ( 21 ) from the rear part of the boiler ( 10 ) in the Brennkam mer is made. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der rezirkulierten Rauchgase (21) zur Einstellung des oberen Temperaturfensters verwendet und ein weiterer Anteil dieser Rauchgase (21) als Fördermedium für das Trockenadditiv (22) eingesetzt wird.12. The method according to claim 11, characterized in that a part of the recirculated flue gases ( 21 ) is used to adjust the upper temperature window and a further proportion of these flue gases ( 21 ) is used as the conveying medium for the dry additive ( 22 ).
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