DE19903510A1 - Verfahren zum Verbrennen oder Vergasen in der zirkulierenden Wirbelschicht - Google Patents

Verfahren zum Verbrennen oder Vergasen in der zirkulierenden Wirbelschicht

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Abstract

Brennbare Bestandteile enthaltendes Material wird verbrannt oder vergast in der zirkulierenden Wirbelschicht, die eine Wirbelkammer, einen mit dem oberen Bereich der Wirbelkammer verbundenen Feststoffabscheider, eine Rückführung vom Feststoffabscheider zur Wirbelkammer und eine Kühleinrichtung zum indirekten Kühlen von Feststoffen, die vom Feststoffabscheider kommen, aufweist. Die Kühleinrichtung enthält mehrere Wirbelbetten, die von den Feststoffen nacheinander durchwandert werden, wobei sich das erste Wirbelbett, in welches man die vom Feststoffabscheider kommenden heißen Feststoffe zuerst leitet, in einer Entchlorungskammer befindet. In die Entchlorungskammer leitet man auch Fluidisierungsgas und mindestens eines der Entchlorungs-Additive DOLLAR A a) gasförmiges SO¶2¶ oder schwefelhaltiges Material, das in oxidierender Atmosphäre SO¶2¶ freisetzt, DOLLAR A b) Silikate und Aluminiumsilikate, DOLLAR A c) aktiviertes Silikat oder DOLLAR A d) andere alkalibindende und HCl freisetzende Additive DOLLAR A in mindestens stöchiometrischer Menge zum Umsetzen der in den zugeführten Feststoffen enthaltenden Alkali- und Metall-Chloriden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen oder Vergasen von brennbare Bestandteile enthaltendem Material in der zirkulierenden Wirbelschicht, die eine Wirbelkammer für die Verbrennung oder Vergasung, einen mit dem oberen Bereich der Wirbelkammer verbundenen Feststoffabscheider, eine Rückführung von im Feststoffabscheider anfallenden Feststoffen zur Wirbelkammer und eine Kühleinrichtung zum indirekten Kühlen von Feststoffen, die vom Feststoffabscheider kommen, aufweist, wobei die Kühleinrichtung mehrere Wirbelbetten enthält, die von den Feststoffen nacheinander durchwandert werden.
Ein Verfahren dieser Art ist aus WO 97/46829 A1 bekannt. Hierbei ist der Kühleinrichtung ein ungekühltes Wirbelbett vorgeschaltet, dessen Abgase direkt in die Verbrennung geführt werden. Durch diese Maßnahme soll die Chloridkonzentration in den zu kühlenden Feststoffen verringert werden. Die Chloride sind für aggressive Korrosionsangriffe an den Kühleinrichtungen verantwortlich. Das bekannte Durchblasen des Wirbelbettes ist vor allem in ungünstigen Fällen nicht geeignet, die Chloridkonzentration in den zu kühlenden Feststoffen ausreichend abzusenken, um den erwünschten Schutz vor Korrosion zu gewährleisten. Besonders korrosiv wirken z. B. KCl-Anbackungen auf Kühlrohren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die heißen, vom Feststoffabscheider kommenden Feststoffe so zu behandeln, daß ihre Korrosivität in der Kühleinrichtung ganz oder nahezu verschwindet. Erfindungsgemäß gelingt dies beim eingangs genannten Verfahren dadurch, daß sich das erste Wirbelbett, in welches man die vom Feststoffabscheider kommenden heißen Feststoffe zuerst leitet, in einer Entchlorungskammer befindet, wobei man in die Entchlorungskammer bei Temperaturen der Feststoffe im Bereich von 700 bis 1100°C Fluidisierungsgas und mindestens eines der Entchlorungsadditive
  • a) gasförmiges SO2 oder schwefelhaltiges Material, das in oxidierender Atmosphäre SO2 freisetzt,
  • b) Silikate, Aluminiumsilikate
  • c) aktiviertes Silikat oder
  • d) andere alkalibindende und HCl freisetzende Additive
in mindestens stöchiometrischer Menge zum Umsetzen der in den zugeführten Feststoffen enthaltenen Alkali- und Metall- Chloriden einleitet.
Als feste Additive haben sich verschiedene Aluminium- Silikate, z. B. Kaolinit bewährt. Ebenfalls gut geeignet sind aktivierte Silikate (z. B. handelsübliches ICA 5000), wobei die Aktivierung z. B. durch Kochen in Natronlauge erreicht ist. Kostengünstig Verwenden kann man auch Abfallstoffe, z. B. chloridfreie Klärschlämme oder kontaminierte Böden, in denen diese Additive enthalten sind.
Die Reaktionsfähigkeit der Silikate, Aluminium-Silikate oder der aktivierten Silikate beruht im wesentlichen auf den Hydroxyl-Gruppen am Silicium. Diese Additive binden die Alkalien und Metalle in den heißen Feststoffen, so daß Chlor als HCl freigesetzt wird, welches weniger korrosiv ist als z. B. Alkali- oder Metallchloride. Üblicherweise gibt man diese festen Additive pulverförmig in das Wirbelbett, wobei die mittleren Korngrößen d50 etwa im Bereich vom 50 bis 500 µm liegen. Eine vorgezogene Aufgabe der festen Additive in die Zufuhrleitung der heißen Feststoffe ist ebenfalls möglich.
Gasförmiges SO2 ist vor allem geeignet, um mit dampfförmigem Alkalichlorid oder Metallchlorid zu reagieren und dabei in Gegenwart von molekularem Sauerstoff Sulfate und HCl zu bilden. Das freigesetzte HCl wird mit dem Fluidisierungsgas aus der Entchlorungskammer ausgetrieben. Sulfate sind nicht oder kaum korrosiv und können mit der aus dem Verfahren abgezogenen Asche z. B. deponiert werden.
Man kann SO2 in den Gasraum in einer molaren Konzentration vom 0,25- bis ca. 6-fachen der Konzentration des freigesetzten HCl geben. Das SO2 kann auch durch schwefelhaltige Materialien eingebracht werden, die bei den hohen Temperaturen in der Entchlorungskammer SO2 abgeben oder in oxidierender Atmosphäre SO2 freisetzen.
Das Wirbelbett in der Entchlorungskammer kann mit oder ohne indirekte Kühlung arbeiten; üblicherweise wird man dieses Wirbelbett frei von einer indirekten Kühlung halten. Die übrigen Wirbelbetten in der Kühleinrichtung enthalten von flüssigen, gas- oder dampfförmigen Kühlmitteln durchströmte Wärmetauscher. Durch die Beseitigung oder zumindest Verringerung der Korrosivität der heißen Feststoffe kann man die Temperatur im heißesten Wirbelbett hoch halten, was z. B. der Dampfüberhitzung zugute kommt.
Das zu verbrennende oder zu vergasende Material kann von unterschiedlicher Art sein, es kann sich dabei z. B. um Kohle, Braunkohle, Biomassen (z. B. Holz oder Stroh), feste und/oder flüssige Abfallstoffe oder Klärschlamm handeln, wobei auch mehrere dieser vorgenannten Materialien gemischt sein können.
Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Fließschema des Verfahrens.
Man gibt das zu verbrennende oder zu vergasende Material durch die Leitung (1) in die Wirbelkammer (2), die zu einer zirkulierenden Wirbelschicht gehört. Mit dem oberen Bereich der Wirbelkammer (2) ist deshalb durch den Kanal (3) ein Feststoffabscheider (4) verbunden, bei dem es sich z. B. um einen Zyklon handelt. Teilweise entstaubtes Gas zieht man in der Leitung (5) ab und wird es einer nicht dargestellten, an sich bekannten Kühlung und Reinigung zuführen. Ein Teil der im Abscheider (4) anfallenden Feststoffe wird durch die Rückführleitung (6) über einen Syphon (7) zurück in die Wirbelkammer (2) geführt. Der Durchfluß im Syphon wird durch einen Wirbelgasstrom gesteuert, der in der Leitung (7a) herangeführt wird.
Im unteren Bereich der Wirbelkammer (2) befindet sich ein Rost (8), von dem aus sauerstoffhaltiges Fluidisierungsgas aufwärts in die Kammer strömt. Das Fluidisierungsgas kommt aus der Leitung (9) und tritt zunächst in eine Verteilkammer (10) ein, bevor es durch den Rost (8) strömt. Asche wird durch den Abzug (11) aus der Kammer (2) entfernt.
Bei dem zu verbrennenden oder zu vergasenden Material kann es sich um verschiedenartige körnige Feststoffe mit brennbaren Bestandteilen handeln, auch können flüssige oder teigige Stoffe zugegeben sein. Die Temperaturen in der Wirbelkammer (2) liegen üblicherweise im Bereich von 700 bis 1100°C und vorzugsweise 800 bis 1050°C. Durch das Wirbelgas wird ständig ein Teil der Feststoffe durch den Kanal (3) zum Abscheider (4) geführt. Die Menge der Feststoffe, die man durch die Rückführleitung (6) in die Wirbelkammer (2) zurückführt, beträgt üblicherweise stündlich mindestens die 5-fache Menge der Feststoffe, die sich durchschnittlich in der Wirbelkammer (2) befindet.
Ein Teil der im Abscheider (4) anfallenden heißen Feststoffe, die Temperaturen im Bereich von 700 bis 1100°C und zumeist 800 bis 1050°C aufweisen, werden durch die Leitung (14) einer Kühleinrichtung (15) zugeführt. Im vorliegenden Fall weist die Kühleinrichtung (15) eine Entchlorungskammer (16) und drei Kühlkammern (16a), (16b) und (16c) auf. Die Kühlkammern enthalten Wärmeaustauscher (17) und (18) zur indirekten Kühlung der Feststoffe, die dort als Wirbelbetten (21), (22) und (23) vorhanden sind. Zwischen den Betten befinden sich wehrartige Kammerwände (21a), (22a) und (23a), Fluidisierungsgas wird durch Leitungen (21b), (22b) und (23b) zugeführt. Bei dem Fluidisierungsgas kann es sich z. B. um Luft handeln.
Die Entchlorungskammer (16) weist eine Zufuhrleitung (20a) für Fluidisierungsgas (z. B. Luft) auf, deren Gas durch einen Rost (20b) in ein Wirbelbett (20) strömt und dann zunächst in den über dem Wirbelbett (20) befindlichen Gasraum (25) gelangt. Ein Gasraum befindet sich auch über den anderen Wirbelbetten (21), (22) und (23). Die Gasableitung erfolgt durch eine Sammelleitung (26), welche in die Wirbelkammer (2) mündet und dabei auch das Abgas der gekühlten Wirbelbetten (21), (22) und (23) mit sich führt. Alternativ kann die Entchlorungskammer (16) eine eigene Gasableitung (26a) aufweisen, die gestrichelt eingezeichnet ist.
Um die Korrosivität der in der Leitung (14) herangeführten heißen Feststoffe auf ein Minimum zu senken, ist die Entchlorungskammer (16) mit einer Zufuhrleitung (27) für Feststoff-Additive und mit einer Zufuhrleitung (28) für gasförmige Additive versehen. Die gasförmigen Additive können ganz oder teilweise auch durch die Leitung (28a) zugeführt werden. Feststoff-Additive sind Silikate, Aluminiumsilikate und/oder aktivierte Silikate oder Gemische, die mindestens eines dieser Additive enthalten. Als gasförmiges Additiv verwendet man gasförmiges SO2 oder andere schwefelhaltige Materialien, die in oxidierender Atmosphäre SO2 freisetzen. Wichtig ist, daß man den Gehalt an Alkali- und Metall-Chloriden, die mit den heißen Feststoffen durch die Leitung (14) herangeführt werden, durch die Additive weitgehend verringert. Vorzugsweise weisen die Feststoffe, die über die wehrartige Wand (21a) die Entchlorungskammer (16) verlassen und in das Wirbelbett (21) übergehen, höchstens noch 20% des Gehalts an Alkali- und Metall-Chloriden auf, der in den Feststoffen der Leitung (14) vorliegt.
Die gekühlten Feststoffe, die in der Kühleinrichtung (15) ihre Wärme teilweise abgegeben haben, wobei als Kühlmittel z. B. Kesselspeisewasser oder Wasserdampf verwendet wird, werden durch die Leitung (30) zurück in die Wirbelkammer (2) geführt. Ein Teil der gekühlten Feststoffe kann auch aus dem Verfahren entfernt werden, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Beispiel
In einer der Zeichnung entsprechenden Anlage, die allerdings neben der Entchlorungskammer (16) nur zwei Kühlkammern (16a) und (16b) aufweist, werden in der Wirbelkammer (2) pro Stunde eine Mischung aus 121000 kg körniger Kohle und 41000 kg Stroh bei einer Temperatur von 850°C verbrannt. Durch die Leitung (14) gibt man 16200 kg/h Asche mit einem Chlorgehalt von 0,002 Gew.-% in die Entchlorungskammer (16), die eine Grundfläche von 1,5 × 0,8 m und eine Höhe von 1,6 m hat. Die Höhe des Wirbelbettes (20) beträgt 1 m. Der Kammer (16) führt man als Feststoff- Additiv 23 kg/h des aktivierten Silikats ICA 2000 (Hersteller: ICA Chemie, A-3384 Gross-Sierning) und als gasförmiges Additiv SO2 durch die Leitungen (27) beziehungsweise (28) zu, wobei sich im Gasraum (25) eine Konzentration von 30 ppm SO2 einstellt. Aus der Kühlkammer (16b) zieht man die auf 720°C gekühlte Asche durch die Leitung (30) ab und führt sie zurück in die Wirbelkammer (2). Durch die Behandlung in der Entchlorungskammer (16) wird der Chlorgehalt in den Feststoffen auf 10% des Anfangsgehalts reduziert.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verbrennen oder Vergasen von brennbare Bestandteile enthaltendem Material in der zirkulierenden Wirbelschicht, die eine Wirbelkammer für die Verbrennung oder Vergasung, einen mit dem oberen Bereich der Wirbelkammer verbundenen Feststoffabscheider, eine Rückführung von im Feststoffabscheider anfallenden Feststoffen zur Wirbelkammer und eine Kühleinrichtung zum indirekten Kühlen von Feststoffen, die vom Feststoffabscheider kommen, aufweist, wobei die Kühleinrichtung mehrere Wirbelbetten enthält, die von den Feststoffen nacheinander durchwandert werden, dadurch gekennzeichnet, daß sich das erste Wirbelbett, in welches man die vom Feststoffabscheider kommenden heißen Feststoffe zuerst leitet, in einer Entchlorungskammer befindet, wobei man in die Entchlorungskammer bei Temperaturen der Feststoffe im Bereich von 700 bis 1100°C Fluidisierungsgas und mindestens eines der Entchlorungs- Additive
  • a) gasförmiges SO2 oder schwefelhaltiges Material, das in oxidierender Atmosphäre SO2 freisetzt,
  • b) Silikate und Aluminiumsilikate,
  • c) aktiviertes Silikat oder
  • d) andere alkalibindende und HCl freisetzende Additive
in mindestens stöchiometrischer Menge zum Umsetzen der in den zugeführten Feststoffen enthaltenen Alkali- und Metall-Chloriden einleitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelbett in der Entchlorungskammer frei von einer indirekten Kühlung ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das Wirbelbett der Entchlorungskammer Silikat, Aluminiumsilikat und/oder aktivierte Silikate gegeben wird und daß man gasförmiges SO2 oder andere schwefelhaltige Materialien, die in oxidierender Atmosphäre SO2 freisetzen, in den Gasraum über dem Wirbelbett in die Entchlorungskammer leitet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verbrennende oder zu vergasende Material feste und/oder flüssige Abfallstoffe enthält.
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