DE19730228A1 - Verfahren und Anordnung zur Entfernung von Schadgasen aus dem Abgas einer Verbrennungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Schadgasen, insbesondere von Schwefeloxiden (SO_x), aus dem Abgas einer vorzugsweise mit schwefelhalti­ gen und insbesondere mit vanadinhaltigen Brennstoffen befeuerten, mit einem Rauchgaswäscher ausgerüsteten Verbrennungsanlage.

Es ist allgemein bekannt, daß bei der Rauchgasreinigung in Kraftwerksanlagen als Abscheideapparate sogenannte Naßwäscher eingesetzt werden, durch welche das zu reinigende Abgas hindurch geschickt wird, um zumindest mitgeführte staubarti­ ge Verunreinigungen aus dem Abgas zu entfernen. Die Arbeitstemperatur dieser Naßwäscher liegt üblicherweise bei etwa 40 bis 70°C.

Aus Erfahrung weiß man, daß hiermit auch eine Reduzierung der Konzentrationen an Schwefeldioxid (SO₂) um mehr als 90% möglich ist, während der Gehalt an im Rauchgas vorhandenem Schwefeltrioxid (SO₃) aufgrund der Bildung von Schwefel­ säure-Aerosolen kaum verringen wird.

Eine Ursache hierfür liegt darin, daß das im Abgas vorhandene Schwefeltrioxid (SO₃) sich schon bei sehr geringen Konzentrationen (z. B. ≦ 5 ppm) mit dem Was­ serdampf im Wäscher bei Temperaturen unterhalb von 110°C Schwefelsäure bil­ det, die in Form von Aerosolen in ihrer Beschaffenheit für die Abscheidung im Wä­ scher ungünstig ist. Demgemäß ist die im Wäscher üblicherweise vorherrschende Temperatur für die Abscheidung von Schwefeldioxid (SO₂) zwar ausreichend nicht aber für Schwefeltrioxid (SO₃), welches, wie zuvor erläutert, mit dem Wasserdampf Schwefelsäure bildet, welche in den herkömmlichen Anlagen nicht abgeschieden wird.

Dies hat zur Folge, daß dementsprechend die nach dem Wäscher anschließenden Komponenten, wie Kanäle, Apparate und Aggregate, säurbeständig ausgebildet sein müssen, wobei diese erforderlichen Korrosionsschutzmaßnahmen entspre­ chend aufwendig und damit kostspielig sind.

Ferner ist zu berücksichtigen, daß das Abwasser aus den in Kraftwerken eingesetz­ ten Rauchgasreinigungsanlagen anschließend einer Abwasseraufbereitungsanlage zugeleitet werden muß, wo es vorgereinigt und abgeleitet wird, und daß das aus den Wäschern herrührende Wasser prozeßbedingt als Abwasser anfällt und daher anschließend zu entsorgen ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es, ein Verfahren der eingangs ge­ nannten Art anzugeben, welches erlaubt, den bislang erforderlichen konstruktiven und materiellen Aufwand zu verringern und überdies nach Möglichkeit die Abschei­ deleistung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserun­ gen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung ist daher vorgesehen, daß zur Vorkühlung des Abgases das teilweise vorgereinigte Abwasser aus dem Rauchgaswäscher benutzt wird, daß auf die Zusammensetzung des Rauchgases nach Art und Menge abgestimmte Sorben­ tien zugeführt werden, die mit dem Rauchgas reagieren und daß anschließend die Schwefeloxide, nämlich SO₂ und SO₃, sukzessive selektiv aus dem Abgas abge­ schieden werden.

Die Einhaltung der vorstehend angegebenen Maßnahmen führen, wie gewünscht, nicht nur zu einer geringeren Beanspruchung der mit den Abgasen beaufschlagten Bauteile, sondern auch zu einer effizienteren Reinigung der Schadgase, da hier­ durch die Abscheidequote erheblich gesteigen werden kann.

Die gemäß der Erfindung vorgesehene selektive Reinigung des Abgases in einer ersten Stufe zunächst von Schwefeldioxid (SO₂) und anschließend dann in einer zweiten Stufe von Schwefeltrioxid (SO₃) beziehungsweise umgekehrt sowie die vorgesehene geregelte Zufuhr an Adsorbentien zur Adsorption der abgeschiede­ nen Schadstoffe, die vorzugsweise äußerst abwasserarm erfolgt, indem das vorge­ reinigte Abwasser einer erneuten Verwendung zugeführt wird, bevor es endgültig abgeleitet wird, nämlich zur Vorkühlung des Rauchgases, führt zu einer beträchtlich reduzierten Schadstoffbelastung der Umwelt.

Entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens erfolgt die Abscheidung von SO₂ in einer ersten Abscheideeinheit und die Ab­ scheidung von SO₃ in einer zweiten Abscheideeinheit. Hierbei erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß die Abscheidung von SO₂ zweistufig und die Abschei­ dung von SO₃ einstufig erfolgt, indem die Abscheidung von SO₂ in der ersten Ab­ scheideeinheit und zusätzlich noch in der zweiten, für die Abscheidung von SO₃ vorgesehenen Abscheideeinheit erfolgt.

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Erläuterungen zu den möglichen chemi­ schen Reaktionen des Schwefeltrioxid (SO₃) erweist es sich als besonders günstig, daß die Abscheideeinrichtungen mit Filtereinrichtungen ausgestattet sind, an wel­ chen Schwefelsäuretröpfchen und/oder SO₃ abgeschieden und somit aus dem Ab­ gas entfernt werden.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht dar­ auf, daß zur Abscheidung von zusätzlichen Begleitstoffen im Abgas, wie Dioxine, Furane, Quecksilber und sonstige Schwermetalle zusätzliche Adsorbentien, wie Herdofenkoks oder Aktivkohle eingesetzt werden, welche jeweils an der entspre­ chend günstigsten beziehungsweise verfahrensbezogen wirkungsvollsten Stelle zugeführt werden.

Ferner können in weiterer Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vorreinigung von Stickoxiden (NO_x) Katalysatorstaub und/oder ammoniakhaltige oder ammoniakbildende Reagenzien eingesetzt werden, welche die Stickoxide bin­ den und somit bei der Abscheidung aus dem Abgas mitsichführen.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Konzentrationen an Schwefeloxiden (SO_x) im Reingas in einem weiten Bereich einstellbar sind, so daß konstruktive Besonderheiten der jeweiligen Anlage für sich noch nicht zu schlechteren Ergebnissen führen.

Ein besonders vorteilhaftes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Gewinnung von Schwefeltrioxid (SO₃) aus Schwefeldioxid (SO₂) mittels Zugabe von Vanadiumoxid als Katalysator bei etwa 400 bis 600°C, wie es in der chemi­ schen Industrie häufig praktiziert wird. Im Falle, daß der Brennstoff neben Schwefel auch Vanadiumverbindungen aufweist, so daß bei den entsprechend hohen Tem­ peraturen oder in vorgeschalteten NO_x-Minderungskatalysatoren das Schwefeltri­ oxid (SO₃) entsteht, welches durch die heutige Technik nicht gemindert werden kann, greift die Erfindung, indem durch die vorgesehen geregelte Zufuhr entspre­ chender Sorbentien, die auf das Schwefeltrioxid (SO₃) reagieren, der im Rauchgas verbleibende Gehalt an Schwefeltrioxid (SO₃) drastisch verringert wird.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sowie be­ sondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt
die einzige Figur eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Wasserdampf ungesättigtes Rauchgas 1, das mit SO_x beladen ist, strömt einer Ab­ scheideeinheit 11 zu, in der zur Kühlung des Abgases ein wasserhaltiges Medi­ um 10 versprüht wird. Das wasserhaltige Medium wird in einem Mischbehälter 14 erzeugt und setzt sich aus dem Abstoß 9 eines Wäschers 13 und Kalkmilch 8 und/oder Abwasser 17 bzw. Frischwasser 18 zusammen. Die im abgekühlten Ab­ gas mitgeführten Staubbestandteile und das überschüssige Kalkhydrat werden in einer geeigneten Filtereinheit 12, vorzugsweise ein Gewebefilter, vom Abgas ge­ trennt.

Das im Abgas enthaltene SO_x, vor allem SO₃, reagiert im Filter 12 mit dem Kalkhy­ drat 8 zur stabilen Kalciumsulfat-Verbindung als Endprodukt. Der Staub 5 und die Reaktionsprodukte 5 werden aus der Filtereinheit 12 ausgetragen; das von SO₃ vorgereinigte Abgas 3 gelangt in die SO₂-Absorberstufe (Wäscher 13) und verläßt als Reingas die Reinigungseinheit.

Zur sicheren Gewährleistung einer hohen Abscheidung im Wäscher bei eventuell ständig wechselnden SO_x-Konzentrationen im Rohgas wird dem SO₂- Abscheideapparat 13, ph-geregelt, Kalkmilch 8 zudosiert. Proportional zur Kalk­ milchmenge wird der SO₃-Abscheideeinheit 13 Kalkmilch 8 zugegeben. Der Pro­ portionalitätsfaktor kann in Abhängigkeit von der SO_x -Konzentration und in Ab­ hängigkeit von der Zeit vorgegeben werden bzw. sich selbstadaptierend einstellen. Ungeachtet des Wäscherabstoßes 9 kann der Wäscheabstoß auch teilweise oder ganz einer Aufbereitung zugeführt werden.

Durch Verwendung einer SO₃-Abscheideeinheit 13 können SO_x-Reingaswerte er­ reicht werden, die weit unter den heutigen Niveaus sind; das ist durch die zusätzli­ che SO₃-Abscheideeinheit 13 begründet, da diese Einheit auch noch für die SO₂-Abscheidung dient. Das heißt, es handelt sich hier um ein zweistufiges Reini­ gungsverfahren für SO₂ und ein einstufiges für SO₃.

Schwefelsäuretröpfchen und/oder SO₃ werden an dem festen Filterprodukt 12 ab­ geschieden und aus dem Abgas entfernt.

Auf einen Korrosionsschutz gegen SO₃ kann in den der Filtereinrichtung 12 nach­ geschalteten Anlagenteile verzichtet werden.

Die Reinigungsanlage ist abwasserarm, im besten Falle abwasserfrei zu fahren.

Zur zusätzlichen Abscheidung von Quecksilber, Dioxinen, Furanen und sonstigen Schwermetallen C_org usw. kann ein geeignetes Adsorptionsmittel 19 wie Herdofen­ koks oder Aktivkohle eingesetzt werden.

Zur Vorreinigung von NO_x kann Katalysatorstaub 20 und/oder ammoniakhaltiges oder NH₃ -bildendendes Reagenz 21 eingesetzt werden.

Durch die Regeleinheit 6, 7, 8, 15, 16 sind die SO_x -Konzentrationen im Reingas für SO₂ und SO₃ im weiteren Bereich einstellbar.

Die Kühleinheit 11 für das Abgas 1 dient gleichzeitig zur Rauchgaskühlung und zur SO₃-Abscheidung, aber auch als Trockner des zugeführten eventuell Feststoff ent­ haltenden Mediums.

Durch Regelung der Absorptionszufuhr 7, 8 ist ein ökonomisch und ökologisch mi­ nimierter Verbrauch an Absorptionsmittel möglich. Ein Fahren bei unnötig hohen Stöchiometrien wird damit vermieden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Entfernung von Schadgasen, insbesondere von Schwe­ feloxiden (SO_x), aus dem Abgas einer vorzugsweise mit schwefelhaltigen und ins­ besondere mit vanadinhaltigen Brennstoffen befeuerten, mit einem Rauchgas­ wäscher ausgerüsteten Verbrennungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorkühlung des Abgases das teilweise vorgereinigte Abwasser aus dem Rauch­ gaswäscher benutzt wird, daß auf die Zusammensetzung des Rauchgases nach Art und Menge abgestimmte Sorbentien zugeführt werden, die mit dem Rauchgas rea­ gieren und daß anschließend die Schwefeloxide, nämlich SO₂ und SO₃, sukzessive selektiv aus dem Abgas abgeschieden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschei­ dung von SO₂ in einer ersten Abscheideeinheit und die Abscheidung von SO₃ in einer zweiten Abscheideeinheit erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung von SO₂ zweistufig und die Abscheidung von SO₃ einstufig erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschei­ dung von SO₂ in der ersten Abscheideeinheit und zusätzlich noch in der zweiten für die Abscheidung von SO₃ vorgesehenen Abscheideeinheit erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeich­ net, daß Schwefelsäuretröpfchen und/oder SO₃ an Filtereinrichtungen abgeschie­ den und somit aus dem Abgas entfernt werden.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Abscheidung von zusätzlichen Begleitstoffen im Abgas, wie Dioxine, Furane, Quecksilber und sonstige Schwermetalle zusätzliche Adsorbentien, wie Herdofenkoks oder Aktivkohle eingesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Vorreinigung von Stickoxiden (NO_x) Katalysatorstaub und/oder ammo­ niakhaltige oder ammoniakbildende Reagenzien eingesetzt werden.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Konzentrationen an Schwefeloxiden (SO_x) im Reingas in einem weiten Bereich einstellbar sind.

9. Anordnung zur Entfernung von Schadgasen, insbesondere von Schwe­ feloxiden (SO_x), aus dem Abgas einer vorzugsweise mit schwefelhaltigen und ins­ besondere mit vanadinhaltigen Brennstoffen befeuerten, mit einem Rauchgas­ wäscher ausgerüsteten Verbrennungsanlage mit wenigstens einer Abscheideein­ heit, mit einer Filtereinheit und mit einem Wäscher, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischeinheit vorgesehen ist, in welcher vorgereinigtes Abwasser aus dem Wäscher mit Kalkmilch ein wasserhaltiges Medium bilden, daß das wasserhaltige Medium der wenigstens einen Abscheideeinheit zuströmt, wo es das zugeführte Rauchgas abkühlt, sich mit diesem vermischt und darin enthaltene Schwebstoffe aufnimmt beziehungsweise mit Bestandteilen des Rauchgases reagiert, daß das aus Rauchgas und dem wasserhaltigen Medium gebildete Gemisch gemeinsam 'der nachgeschalteten Filterstufe zuströmt, welche das wasserhaltige Medium mitsamt den aus dem Rauchgas aufgenommenen Bestandteilen und den Reaktionsproduk­ ten aus dem Rauchgas abscheidet, und daß das derart vorgereinigte Rauchgas dem nachgeschalteten Wäscher zuströmt, welcher das im Rauchgas enthaltene Schwefeldioxid (SO₂) und das Schwefeltrioxid (SO₃) abscheidet, welches Schwefel­ dioxid (SO₂) und Schwefeltrioxid (SO₃) gemeinsam mit dem wasserhaltigen Medium den sogenannten Wäscherabstoß bilden, der in der Mischeinheit gesammelt und unter Zugabe von Reagenzien und Adsorbentien neutralisiert wird.