DE19849022A1

DE19849022A1 - Verfahren zur Verminderung von Korrosion in Feuerungsanlagen, insbesondere Müllverbrennungsanlagen

Info

Publication number: DE19849022A1
Application number: DE1998149022
Authority: DE
Inventors: Bruno Carcer; Hans Rueegg; Beat Stoffel; Georg Ziegler
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB AB
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2000-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung von Korrosion in Feuerungsanlagen (2, 3), insbesondere Müllverbrennungsanlagen, in welchen Brenngut (6) unter Zufuhr von Primärluft (16) und Sekundärluft (17) verbrannt wird, wobei SO¶2¶-haltige Rauchgase (7) entstehen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die SO¶2¶-Konzentration (S¶1¶) im ungereinigten Rauchgas (7) gemessen und mit einem Schwellenwert (S¶0¶) verglichen wird, wobei im Falle einer Unterschreitung des Schwellenwertes (S¶0¶) dem Rauchgas (7) in der Feuerungsanlage (2, 3) mittels einer geeigneten Regelung (11) ein Mittel (12) zugeführt wird, welches die SO¶2¶-Konzentration (S¶1¶) im Rauchgas (7) auf einen Wert oberhalb dieses Schwellenwertes (S¶0¶) erhöht.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verbrennungstechnik. Sie betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Korrosion in Feuerungsanlagen, insbesonde re Müllverbrennungsanlagen.

Stand der Technik

Die Korrosion von Metalloberflächen in Brennkammern und Abhitzekesseln stellt ein grosses Problem beim Betrieb von Feuerungsanlagen, insbesondere Müllver brennungsanlagen, dar, weil die Korrosion durch die in diesen Anlagen herr schenden sehr hohen Temperaturen und die hohe Aggressivität der Brenngase besonders begünstigt wird.

Zwecks Verringerung bzw. Vermeidung der Korrosion wird beim bekannten Stand der Technik daher die Metalloberfläche im Feuerraum und im Kessel durch eine Ausmauerung oder durch Aufschweissung eines höherwertigen Metalls, bei spielsweise Inconel, geschützt. Dieser mechanische Schutz ist jedoch sehr teuer, so dass er aus Kostengründen nur an ausgewählten Stellen realisiert wird und viele Metallflächen für die Rauchgase frei zugänglich sind und somit an diesen Stellen korrosive Schädigungen der Metalloberfläche auftreten.

Die Korrosionsreaktionen basieren meist auf Reaktionen, die innerhalb von Aschebelägen an der metallischen Wand stattfinden. Dabei wird Chlor freigesetzt, welches die Metalle unterhalb dieser Aschebeläge angreift. Die Reaktion, die zur Freisetzung von Chlor führt, ist als Sulfatisierungsreaktion bekannt und sieht bei spielsweise folgendermassen aus:

2 KCl + SO₃ + ½ O₂ → K₂SO₄ + 2 Cl (1).

Das Chlor reagiert dann mit dem Eisen gemäss Gleichung (2):

Fe + 2 Cl → FeCl₂ (2).

Oder es findet folgende Reaktion statt:

2 KCl + Fe + ½ O₂ → FeCl₂ + K₂O (3).

Diese Reaktionen laufen bevorzugt in den sehr kompakten Ablagerungen des Flugstaubes an den Kesselrohren und Kesselwänden ab. Aus diesem Grunde besteht eine weitere bekannte Möglichkeit zur Minimierung der Korrosion darin, die Staubablagerungen an den Kesselwänden und Kesselrohren zu verhindern. Dies geschieht durch die Eindüsung geeigneter Chemikalien, wie z. B. Magnesi umoxid, welche die Staubschicht poröser und damit abklopfbarer machen.

Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass relativ grosse Mengen des Reaktionsmittels eingedüst werden müssen und sich damit die zu entsorgende Flugstaubmenge erhöht. Der Einkauf und Transport des Reaktionsmittels führt zu einer zusätzlichen Erhöhung der Anlagebetriebskosten.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verminderung von Korrosion in Feuerungsanlagen zu schaffen, welches einfach und kostengünstig zu realisieren ist.

Erfindungsgemäss wird dies bei einem Verfahren gemäss Oberbegriff des Patent anspruches 1 dadurch erreicht, dass die SO₂-Konzentration im ungereinigten Rauchgas gemessen und mit einem Schwellenwert verglichen wird, wobei im Falle einer Unterschreitung des Schwellenwertes dem Rauchgas in der Feue rungsanlage mittels einer geeigneten Regelung mindestens ein Mittel zugeführt wird, welches die SO₂-Konzentration im Rauchgas auf einen Wert oberhalb dieses Schwellenwertes erhöht.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die Brennkammerwände bzw. Abhitzekesselwände nicht durch teure Auskleidungen geschützt werden müssen, sondern dass es durch die Erhöhung der SO₂-Konzentration im Rauchgas mit einfachen Mitteln kostengünstig möglich ist, die Korrosion der Metalloberflächen zu vermindern bzw. zu verhindern. Die Umsetzung der Alkalichloride zu Alkalisul faten läuft nämlich schon in der Gasphase ab, d. h. an den chloridhaltigen Parti keln im Rauchgas. Wird nun die SO₂-Konzentration im Rauchgas in der Brenn kammer bzw. im Kessel über einen Schwellenwert erhöht, dann wird gewährlei stet, dass die beschriebene Reaktion bereits weit vorangeschritten ist, wenn das Partikel schliesslich auf eine Wand auftrifft. Somit kann sich die Aggressivität des freien Chlorradikals kaum mehr gegen das Eisen richten und Korrosion wird ver mindert.

Es ist zweckmässig, wenn der Schwellenwert der SO₂-Konzentration im Rauchgas im Bereich von 100 bis 1000 mg/Nm³ liegt. Bei kleineren Werten werden die Kor rosionsreaktionen an den metallischen Wänden drastisch beschleunigt, denn dann reicht die SO₂-Konzentration nicht aus, um die Sulfatisierungsreaktionen in der Gasphase weitestgehend abzuschliessen, sondern dann laufen diese in den kompakten Ablagerungen des Flugstaubes an den Kesselrohren und Kesselwän den ab.

Es ist vorteilhaft, wenn als Mittel zur Erhöhung der SO₂-Konzentration im ungerei nigten Rauchgas dem Rauchgas in der Feuerungsanlage direkt gasförmiges SO₂ und/oder SO₃ bzw. SO₂ und/oder SO₃-haltige Gase mit einer im Vergleich zum ungereinigten Rauchgas höheren Konzentration an SO₂ bzw. SO₃ zugemischt werden. Damit kann sofort die SO₂-Konzentration beeinflusst werden.

Es ist weiterhin möglich, als Mittel zur Erhöhung der SO₂-Konzentration im unge reinigten Rauchgas dem Rauchgas in der Feuerungsanlage eine schwefelhaltige Chemikalie zuzusetzen, welche unter den in der Feuerungsanlage herrschenden Bedingungen SO₂ und/oder SO₃ freisetzt. Vorzugsweise ist dazu Magnesiumsulfat geeignet. Die Chemikalie wird thermisch zersetzt, wobei sich durch Reaktion mit dem im Abgas vorhandenen Sauerstoff oxidische Spaltprodukte (im Falle des Schwefels SO₂, im Falle des Magnesiums MgO) bilden. Damit wird einerseits die SO₂-Konzentration auf den oben beschriebene Wert gebracht und dort gehalten, andererseits werden durch die Bildung von Magnesiumoxid die Ablagerungen an den Kesselwände und Kesselrohrwänden porös gemacht, was die Abreinigung des Belag es erleichtert.

Weiterhin ist es zweckmässig, wenn als Chemikalie dem Rauchgas in der Feue rungsanlage eine in der Rauchgasreinigung als Abfallprodukt anfallende schwe felhaltige Chemikalie, z. B. die Rostaschefeinfraktion, zugeführt wird. Auch damit kann der SO₂-Gehalt des ungereinigten Rauchgases erhöht werden. Das Abfall produkt wird somit vorteilhaft unmittelbar neben seinem Anfall einer Nutzung zu geführt.

Schliesslich ist es möglich, entweder die SO₂-Konzentration im ungereinigten Rauchgas direkt zu messen oder aber indirekt zu messen, vorzugsweise durch Messung einer mit dem SO₂ im Verhältnis stehenden Rauchgaskomponente.

Vorteilhaft ist es ausserdem, wenn das schwefelhaltige Mittel gemeinsam mit der Sekundärluft in den Feuerraum eingeblasen wird, weil dadurch die Durchmi schung verbessert und somit eine gleichmässigerer Strömung und Konzentrati onsverteilung erreicht wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer schematisch dargestellten Müllverbren nungsanlage gemäss einer ersten Ausführungsvariante der Erfin dung;

Fig. 2 ein vergrössertes Detail von Fig. 1 im Bereich der Kesselrohrwände;

Fig. 3 einen Längsschnitt einer schematisch dargestellten Müllverbren nungsanlage gemäss einer zweiten Ausführungsvariante der Erfin dung.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer schematisch dargestellten Müllverbren nungsanlage, welche im wesentlichen aus einem Verbrennungsrost 1, einem dar über angeordneten Feuerraum 2 und einem Kessel 3 mit vertikalen Leerzügen 4 und einem horizontalem Bündelzug 5 besteht. Das Brenngut 6, in diesem Falle Müll, wird auf den Rost 1 aufgegeben und unter Zufuhr von Primärluft 16 und Se kundärluft 17 verbrannt. Die dabei entstehenden schwefelhaltigen Rauchgase 7 gelangen in den Kessel 3, strömen unter Abgabe von Wärme durch die vertikalen Leerzüge 4 und den horizontalen Bündelzug 5 des Kessels 3 und werden dann einer nicht dargestellten Rauchgasreinigungsanlage zugeführt. Insoweit sind der artige Anlagen bekannt.

Da die Rauchgase 7 eine hohe Temperatur aufweisen und chemisch aggressiv sind, treten ohne Einführung besonderer Massnahmen die im Stand der Technik beschriebenen Korrosionsprobleme an den metallischen Kesselwänden 8 und den Kesselrohrwänden 9 auf. Erfindungsgemäss wird daher zunächst im Rauchgas kanal die SO₂-Konzentration im ungereinigten Rauchgas ermittelt. Zu diesem Zwecke ist eine Messsonde 10 zur Bestimmung der SO₂-Konzentration des unge reinigten Rauchgases 7 am Ende des Rauchgaskanales angeordnet. Der gemes sene SO₂-Wert S₁ wird anschliessend mit einem vorgegebenen Schwellenwert S₀ verglichen. Dieser Schwellenwert S₀ der SO₂-Konzentration liegt im Bereich von 100 bis 1000 mg/Nm³. Ist der gemessene Wert S₁ der SO₂-Konzentration im Rauchgas kleiner als der vorgegebene Schwellenwert S₀, so wird mittels einer mit der Messvorrichtung 10 gekoppelten Regeleinrichtung 11 und einer Eindüsvor richtung 14 den Rauchgasen 7 in der Feuerungsanlage ein Mittel 12 zugegeben, welches die SO₂-Konzentration S₁ im Rauchgas 7 auf einen Wert oberhalb dieses Schwellenwertes S₀ erhöht. Im vorliegenden Falle (erstes Ausführungsbeispiel) ist dieses Mittel 12 eine schwefelhaltige Chemikalie, welche unter den in der Feue rungsanlage herrschenden Bedingungen SO₂ und/oder SO₃ freisetzt, und zwar Magnesiumsulfat.

Die schwefelhaltige Chemikalie, also MgSO₄, wird aus einem Vorlagebehälter 13 über eine dafür geeignete Eindüsvorrichtung 14 an einem geeigneten Ort in den Rauchgasweg eingedüst. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich die Eindüsvorrichtung 14 in der Nähe des Feuerraumes 2. Das MgSO₄reagiert mit dem Sauerstoff aus dem Rauchgas 7 und wird thermisch zersetzt. Dabei entsteht SO₂, so dass als Folge davon stromab der Eindüsvorrichtung die SO₂-Konzentra tion im Rauchgas 7 ansteigt und somit auch der gemessene Konzentrationswert S₁ ansteigt. Die Zugabe der schwefelhaltigen Chemikalie 12 erfolgt solange, bis der gemessene Konzentrationswert S₁ über dem Schwellenwert S₀ liegt und dort gehalten werden kann.

Dadurch wird gewährleistet, dass die im Abschnitt Stand der Technik beschriebe ne Sulfatisierungsreaktion auf Grund des nunmehr vorliegenden günstigen Chlor- Schwefel-Verhältnisses bereits in der Gasphase weitgehend fortgeschritten ist, also bevor schliesslich das Staubpartikel auf eine der Wände 8, 9 auftrifft und sich dort als Staubablagerung 15 festsetzt. Somit kann sich die Aggressivität des freien Chlorradikals nicht mehr gegen das Eisen richten und Korrosion wird verhindert bzw. verlangsamt.

Die Verwendung von Magnesiumsulfat hat noch den zusätzlichen Vorteil, dass neben dem SO₂ noch Magnesiumoxid MgO gebildet wird, welches die Porosität der Staubablagerungen 15 an den Kesselwänden 8 und den Kesselrohrwänden 9 erhöht.

In Fig. 2, welche ein vergrössertes Detail von Fig. 1 im Bereich der Kesselrohr wände zeigt, ist dies gut zu erkennen. Auf Grund der höheren Porosität der Stau bablagerungen 15 lassen sich die Wände 8, 9 leichter abreinigen und stehen so mit als Reaktionsraum für die Korrosionsreaktionen nicht oder nur noch teilweise zur Verfügung.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt einer schematisch dargestellten Müllverbren nungsanlage gemäss einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung. Hier wird im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel anstelle von MgSO₄ direkt SO₂ als Mittel 12 in den Feuerraum 2 eingedüst. Dabei wird das SO₂ zusammen mit der Sekundärluft 17 eingeblasen. Alle anderen Verfahrensschritte werden genau wie im ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt. Die direkte Eindüsung von gasförmi gem SO₂ hat den Vorteil, dass es zu einer guten Durchmischung der Rauchgase 7 mit dem zusätzlichen SO₂ kommt, somit eine gleichmässigere Strömung und Kon zentration erreicht wird und die SO₂-Konzentration im ungereinigten Rauchgas in der Feuerungsanlage sofort ansteigt. Mit diesem Verfahren lässt sich allerdings der zusätzliche Vorteil einer Porositätserhöhung der Staubablagerung 15 an den Wänden 8 und 9 wie im ersten Ausführungsbeispiel nicht erreichen.

Schliesslich kann in einem dritten, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel vorteil haft als Mittel 12 eine in der Rauchgasreinigung als Abfallprodukt anfallende Chemikalie, z. B. die Rostaschefeinfraktion, verwendet werden, welche unter den in der Feuerungsanlage herrschenden Bedingungen SO₂ bzw. SO₃ freisetzt. Das hat den Vorteil, dass das Abfallprodukt unmittelbar neben seiner Entstehung einer Nutzung zugeführt werden kann.

Bei allen diesen Ausführungsbeispielen ist es möglich, entweder die SO₂-Kon zentration im ungereinigten Rauchgas direkt zu messen oder aber indirekt zu messen, vorzugsweise durch Messung einer mit dem SO₂ im Verhältnis stehen den Rauchgaskomponente.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbei spiele beschränkt. So kann beispielsweise als Mittel 12 dem Rauchgas 7 in der Feuerungsanlage auch ein SO₂ und/oder SO₃-haltiges Gas mit einer im Vergleich zum ungereinigten Rauchgas 7 höheren Konzentration an SO₂ bzw. SO₃ zuge führt werden oder es werden mehrere verschiedene Mittel 12 zugeführt.

Bezugszeichenliste

1

Rost

2

Feuerraum

3

Kessel

4

horizontaler Leerzug

5

vertikaler Bündelzug

6

Brenngut, z. B. Müll

7

Rauchgas

8

Kesselwand

9

Kesselrohrwand

10

Messsonde zur SO₂

-Konzentrationsmessung in Pos.

7

11

Regeleinrichtung

12

Mittel zur Erhöhung der SO₂

-Konzentration in Pos.

7

13

Vorlagebehälter

14

Eindüsvorrichtung

15

Staubablagerung

16

Primärluft

17

Sekundärluft
S₁

gemessene SO₂

-Konzentration von Pos.

7

S₀

Schwellenwert der SO₂

-Konzentration

Claims

1. Verfahren zu Verminderung von Korrosion in Feuerungsanlagen (2, 3), ins besondere Müllverbrennungsanlagen, in welchen Brenngut (6) unter Zufuhr von Primärluft (16) und Sekundärluft (17) verbrannt wird, wobei SO₂-haltige Rauchgase (7) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die SO₂- Konzentration (S₁) im ungereinigten Rauchgas (7) gemessen und mit einem Schwellenwert (S₀) verglichen wird, wobei im Falle einer Unterschreitung des Schwellenwertes (S₀) dem Rauchgas (7) in der Feuerungsanlage (2, 3) mittels einer geeigneten Regelung (11) mindestens ein Mittel (12) zugeführt wird, welches die SO₂-Konzentration (S₁) im Rauchgas (7) auf einen Wert oberhalb dieses Schwellenwertes (S₀) erhöht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwel lenwert der SO₂-Konzentration (S₀) im Bereich von 100 bis 1000 mg/Nm³ liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (12) dem Rauchgas (7) in der Feuerungsanlage (2, 3) gasförmiges SO₂ und/oder SO₃ zugemischt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (12) dem Rauchgas (7) in der Feuerungsanlage (2, 3) SO₂- und/oder SO₃-hal tige Gase mit einer im Vergleich zum ungereinigten Rauchgas (7) höhe ren Konzentration an SO₂ bzw. SO₃ zugemischt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (12) dem Rauchgas (7) in der Feuerungsanlage (2, 3) eine schwefelhaltige Chemikalie zugesetzt wird, welche unter den in der Feuerungsanlage herr schenden Bedingungen SO₂ und/oder SO₃ freisetzt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als schwefel haltige Chemikalie dem Rauchgas (7) MgSO₄ zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als schwefel haltige Chemikalie dem Rauchgas (7) in der Feuerungsanlage (2, 3) ein in der Rauchgasreinigung anfallendes Abfallprodukt, vorzugsweise die Rost aschefeinfraktion, zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die SO₂-Konzentration (S₁) im ungereinigten Rauchgas (7) direkt ge messen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die SO₂-Konzentration (S₁) im ungereinigten Rauchgas (7) indirekt gemessen wird, vorzugsweise durch Messung einer mit dem SO₂ im Ver hältnis stehenden Rauchgaskomponente.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (12) zusammen mit der Sekundärluft (17) in den Feuerraum (2) eingeblasen wird.