DE19849022A1 - Verfahren zur Verminderung von Korrosion in Feuerungsanlagen, insbesondere Müllverbrennungsanlagen - Google Patents
Verfahren zur Verminderung von Korrosion in Feuerungsanlagen, insbesondere MüllverbrennungsanlagenInfo
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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
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verbrennungstechnik. Sie betrifft
ein Verfahren zur Verminderung der Korrosion in Feuerungsanlagen, insbesonde
re Müllverbrennungsanlagen.
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.
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.
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.
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.
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
S1
gemessene SO2
-Konzentration von Pos.
7
S0
Schwellenwert der SO2
-Konzentration
Claims (10)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1998149022 DE19849022A1 (de) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | Verfahren zur Verminderung von Korrosion in Feuerungsanlagen, insbesondere Müllverbrennungsanlagen |
Applications Claiming Priority (1)
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DE1998149022 DE19849022A1 (de) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | Verfahren zur Verminderung von Korrosion in Feuerungsanlagen, insbesondere Müllverbrennungsanlagen |
Publications (1)
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---|---|
DE19849022A1 true DE19849022A1 (de) | 2000-04-27 |
Family
ID=7885478
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998149022 Withdrawn DE19849022A1 (de) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | Verfahren zur Verminderung von Korrosion in Feuerungsanlagen, insbesondere Müllverbrennungsanlagen |
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