DE19631619A1

DE19631619A1 - Verbrennungsverbesserndes Additiv

Info

Publication number: DE19631619A1
Application number: DE19631619A
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Bonke; Gerhard Schumann
Original assignee: BONKE HANS DIETER
Current assignee: BONKE HANS DIETER
Priority date: 1995-02-09
Filing date: 1996-08-05
Publication date: 1998-02-12
Also published as: DE19504190A1

Description

Die Erfindung betrifft ein verbrennungsverbessserndes Additiv zum Einsatz in Verbrennungs anlagen, welche mit festen Brennstoffen betrieben werden.

Bei der Verbrennung von festen Brennstoffen in Heizanlagen, insbesondere bei der Verbren nung von Braun- und Steinkohle, treten als Verbrennungsrückstände Kohlendioxyd, Wasser, Schwefeldioxyd, Stickstoffmonoxyd und Asche auf. Die Asche kann bei solchen festen Brenn stoffen Elemente enthalten, welche beim Betreiben von Feuerungsanlagen Probleme verursa chen. Zu diesen Elementen zählen insbesondere Natrium, Kalium, Nickel, Eisen, Vanadium, Silizium und Schwefel. Im Verlauf des Verbrennungsvorganges bilden diese Elemente ein Eu tektium mit niedrigem Schmelzpunkt, welches nach dem Schmelzen und darauf folgender Erstarrung sehr schwer entfernbare Ablagerungen und Inkrustationen auf den unterschiedlich sten Teilen der Heizanlagen bildet. Durch solche Ablagerungen, die im wesentlichen durch die Teilchengröße, den Schmelzpunkt der Schlacken und deren molekulare Diffusion bestimmt werden, erhöht sich der Kostenaufwand für das Betreiben einer Verbrennungsanlage, insbeson dere werden die Erzeugerkosten zur Dampfbereitstellung in einem Heizkraftwerk negativ be einflußt.

Neben mechanischen Verfahren zur Beseitigung von Ablagerungen ist die Verwendung von Brennstoffzusätzen bekannt. Solche Zusätze werden in fester oder flüssiger Form zusammen mit dem Brennstoff oder zur gleichen Zeit mit diesem in den Feuerraum eingebracht. In der FR-PS 2044640 wird ein Zusatzmittel beschrieben, welches bei der Verbrennung von Anthrazit oder Magerkohle in einer Menge von 0,16% dieser zugesetzt wird und aus folgen den Salzen besteht: Natriumchlorid 60%, Calciumoxyd 4%, Ammoniumchlorid 28%, sowie 6% Verunreinigungen und etwas Wasser. Die Anwendung verhindert die Rußbildung und die Verschmutzung der Luft.

Auch sind Additive zur Verwendung für die Reinigung der Feuerungsseite von Heizanlagen bekannt geworden (HU-PS 166853), welche aus einer Mischung aus Ammoniumsulfat oder Ammoniumbisulfat, Natriumchlorid, Graphitpulver und Emulgiermittel bestehen. Solche Zusammensetzungen sind nur bei einer speziellen Art oder Gruppe von Brennstoffen einsetzbar.

Nach DD 2 24 613 A5 ist eine verbrennungsverbessernde Zusatzstoffkomposition zur Reinigung von Heizvorrichtungen bekannt, welche eine Mischung aus einem Ammoniumderivat, einem Magnesiumderivat, Natriumchlorid, Ammoniumsulfat, einem Metalloxyd, Siliziumoxyd, Calciumoxyd sowie α-Naphtachinon, Kupfernaphthenat und Magnesiumstearat darstellt. Ziel dieses Additivs ist seine uneingeschränkte Wirkung bei unterschiedlichen Brennstoffen.

Bei Einsatz eines Additivs bestehend aus einer Mischung eines Ammoniumnitrates, Kalium nitrates und Magnesiumnitrates in einer rohbraunkohlebefeuerten Dampfkesselanlage bewirkt dieses eine geringere Verschlackungsneigung durch Veränderung der Haftfähigkeit der Asche an den Berohrungen. Der Verbrauch an Additiv ist jedoch zur Erreichung eines gewünschten Effektes relativ hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Additiv für die Verbrennung fester Brennstoffe zu entwickeln, welches die vorhandenen Ansätze an der Berohrung des Kes sels verringert bzw. die Neubildung von Ansätzen verhindert, durch die Verbesserung des Wärmeübergangs an der Berohrung den Kesselwirkungsgrad erhöht, durch Verlängerung der Verweilzeit und Aufoxydation des Brennstoffpartikels einen besseren Ausbrand ermöglicht und die Rauchgaszusammensetzung im Sinne geringerer Schadstoffbelastungen beeinflußt.

Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 bis 4 dargestellte Erfindung gelöst.

Eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Verbrennung und damit eine Verbesserung der Parameter des Kessels wurde überraschenderweise durch den Zusatz von nichtionogenen, anionaktiven oder kationaktiven Tensiden in Konzentrationen von 3% bis 60%, vorzugs weise von 5% bis 40%, zu einem bekannten Additiv als Gemisch auf der Basis von Magnesi umderivaten, Ammoniumderivaten, Kalium- und Natriumderivaten, Harnstoff sowie Metall salzen erzielt.

Als Mischungen an den erfindungsgemäßen Tensiden werden solche verstanden, die sich zusammensetzen können aus nichtionogenen Tensiden und anionaktiven Tensiden oder nicht ionogenen Tensiden und kationaktiven Tensiden oder anionaktiven Tensiden und kationaktiven Tensiden oder Mischungen aus nichtionogenen, anionaktiven und kationaktiven Tensiden.

Als eingesetzte Tenside können auch Mischungen solcher Stoffe betrachtet werden, die alle im Ergebnis nichtionogenen Charakters sind. Gleiches gilt auch für Mischungen anionaktiver oder kationaktiver Mischungen untereinander.

Der Zusatz dieser grenzflächenaktiven Stoffe bewirkt vorzugsweise eine Herabsetzung der Oberflächenspannung der verwendeten Additive und der Hydrophobie der Oberfläche der Brennstoffteilchen, die zu einer besseren Benetzung der Brennstoffpartikel mit Additiv, ver bunden mit einer Erhöhung der Adsorption und Diffusion in das Brennstoffpartikel führt. Tensidmoleküle nehmen an Adsorption und Diffusion beim Netzvorgang sowohl unterhalb wie oberhalb der kritischen Micellbildungskonzentration teil, um bei Minimierung der Oberflä chenspannung den Netzvorgang zu verbessern. Es wird angenommen, daß diese Vorgänge ver hältnismäßig schnell verlaufen und daß bei Tensiden mit hohem kritischen Micellkonzen trationswert das Netzen in erster Linie von der herrschenden Grenzflächenspannung abhängt. Die zugesetzten nichtionogenen Tenside oder Mischungen dieser können aus Ethoxylaten der allgemeinen Formel R-(C₂H₄O)_n-H, wobei R für Fettalkohole, Fettamine und Fettsäuren mit Kettenlängen von C₈ bis C₂₀, sowie für Alkylphenole und n für Molstufen von 2 bis 100, vor zugsweise 2 bis 20 steht, und/oder aus Polyoxyethylen-Verbindungen mit Molmassen von 300 bis 6000 g mol l bestehen.

Die zugesetzten anionaktiven Tenside oder Mischungen dieser können aus Alkylsulfaten der allgemeinen Formel R-SO₃Na, wobei R Kettenlängen von C₁₀ bis C₂₀ bedeutet, aus Alkylsulfonaten der allgemeinen Formel R-O-SO₃-Na, wobei R Kettenlängen von C₁₀ bis C₂₀ bedeutet, aus Alkylbenzolsulfonaten der allgemeinen Formel R-SO₃H, wobei R Kettenlängen von C₆ bis C₂₀ bedeutet, aus Sulfosuccinaten der allgemeinen Formel R-C₄H₄O₄-SO₃H, wobei R Kettenlängen von C₈ bis C₂₀ bedeutet, bestehen. Die zugesetzten kationaktiven Tenside oder Mischungen dieser können quarternäre Ammoniumsalze der allgemeinen Formel [R₁R₂R₃R₄N]⁺X⁻, wobei R₁ Kettenlänge von C₁₀ bis C₂₀, R_2,3,4 Kettenlänge von C₁ bis C₄ und X = SO₄⁻ oder Cl⁻ bedeutet, sein.

Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Additives unter Zusatz eines Tensides oder Mischungen aus Tensiden treten erhebliche Ergebnisverbesserungen in wirtschaftlicher und ökologischer Hinsicht auf. Die veränderte Verbrennungskinetik bedingt einen schnelleren Ausbrand der Brennstoffpartikel im Feuerraum. Es wird eine Absenkung der Luftüberschußzahl Lambda ermöglicht, da durch den in Status nascendi entstehenden zusätzlichen und mit höherem Partialdruck zur Verfügung stehenden Sauerstoff bessere Verbrennungsbedingungen herrschen.

Mit einer geringeren Primärluftmenge wird der Stickstoffeintrag reduziert und damit das Angebot für eine NO_x-Bildung vermindert. Es tritt weiterhin ein geringeres notwendiges Rauchgasvolumen auf. Es wird die Verweilzeit der Brennstoffpartikel im Feuerraum erhöht, womit sich die Rauchgastemperatur am Kesselende verringert.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Bei der Verfeuerung fester Brennstoffe auf Braunkohlebasis wird zunächst ein Additiv als Gemisch aus den Substanzen Ammonium-, Kalium- und Magnesiumnitrat zugesetzt. Aufgrund des vorgegebenen Verbrennungsmechanismus liegt der Verbrauch an Additiv bei 0,05 kg pro t Kohle. Gegenüber einer Kesselfeuerung ohne Additiv-Zusatz kann eine durch schnittliche Steigerung des Kesselwirkungsgrades von 1 bis 3% festgestellt werden, welcher sich insbesondere durch einen entsprechend geringeren Brennstoffverbrauch auszeichnet. Die ökologischen Verbesserungen betragen aufgrund einer veränderten Mengenbilanz (höherer Anteil von Primär- und Filterasche gegenüber Rauchgasrestbelastung) ca. 5 bis 7% Senkung des SO₂-Gehaltes im Abgas.

Beispiel 2

Dem gleichen Verbrennungsvorgang wird nun erfindungsgemäß dem Additiv aus den Substan zen Ammonium-, Kalium- und Magnesiumnitrat ein nichtionogenes Tensid zugesetzt. Dieses besteht aus Nonylphenolpolyglykolether und wird in einer Menge von 10% bezogen auf das Gesamtgewicht des Additives zugegeben. Der Anteil der Substanzen Ammonium-, Kalium- und Magnesiumnitrat kann dabei um 50% gegenüber dem Vergleichsbeispiel verringert wer den, so daß im Verbrennungsvorgang 0,025 kg dieser Substanzen im Gemisch mit 0,01 kg Nonylphenolpolyglykolether pro t Kohle eingesetzt werden. Gegenüber dem vorgenannten Vergleichsbeispiel erfolgt eine Steigerung des Verbrennungswir kungsgrades um 3-5% und die Belastung des Rauchgases mit SO₂ sinkt um 10-30%.

Beispiel 3

Der Verbrennungsvorgang erfolgt analog Beispiel 2. Der Anteil des nichtionogenen Nonylphenolpolyglykolethers wird um 30% durch das anionaktives Tensid (Natrium-di-2- ethylhexylsulfosuccinat) ersetzt. Gegenüber dem Beispiel 2 erfolgt eine Erhöhung des Ver brennungswirkungsgrades um weiter 1-2% und die Belastung des Rauchgases mit SO₂ sinkt um 35%.

Beispiel 4

Die Durchführung der Verbrennung erfolgt analog Beispiel 3. Das anionaktive Tensid wird um 5% durch Lauryl-trimethylammoniumsulfat ersetzt. Es könnte gegenüber den Beispielen 2 und 3 eine nochmalige Verbesserung des Verbrennungs wirkungsgrades um 1-2% erzielt werden.

Claims

1. Verbrennungsförderndes Additiv für die Verbrennung von festen Brennstoffen, enthaltend wenigstens ein:
Magnesiumderivat
Ammoniumderivat
und/oder Kaliumderivat
und/oder Natriumderivat
und/oder Calciumderivat
und/oder Harnstoff
und/oder ein Metallsalz
nach Patentanmeldung P 195 04 190.9, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich 3% bis 60%, vorzugsweise 5% bis 40% bezogen auf das Gesamtgewicht des Additivs ein nichtionogenes Tensid, ein anionaktives Tensid oder kationaktives Tensid oder deren Mischungen enthält.

2. Verbrennungsförderndes Additiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtionogene Tensid oder die Mischung aus nichtionogenen Tensiden auf Basis Fettsäuren, Fettaminen, Fettalkoholen, Nonylphenolen und Polyalkylenglykolen besteht.

3. Verbrennungsförderndes Additiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das anion aktive Tensid oder deren Mischung aus Alkylsulfonaten, Alkylsulfaten, Alkylbenzolsulfona ten oder Sulfosuccinaten besteht.

4. Verbrennungsförderndes Additiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kationaktive Tensid oder deren Mischungen aus quarternären Ammoniumsalzen besteht.