DE202011108946U1

DE202011108946U1 - Additiv zur Verbesserung der Asche- und Schlackeneigenschaften bei der Verbrennung von biogenen Massen

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Publication number: DE202011108946U1
Application number: DE202011108946U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2012-02-13
Anticipated expiration: 2021-12-14

Abstract

Additiv zur Verbesserung der Asche- und Schlackeneigenschaften bei der Verbrennung von biogenen Massen unter Einsatz alkalischer Verbindungen in Kombination mit Reduktionsmitteln zur Eliminierung metallischer Schadstoffe, umfassend: 10 bis 95 Gew.-% Calciumcarbonat und/oder Magnesiumcarbonat und/oder Calciumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid und/oder Calciumoxid und/oder Magnesiumoxid, dadurch gekennzeichnet, dass die Calcium- und/oder Magnesiumverbindungen in einem Korngrößenbereich zwischen 0,01 und 20 mm vorliegen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Additiv zur Verbesserung der Asche- und Schlackeneigenschaften bei der Verbrennung von biogenen Massen.
Biomassen werden in zunehmendem Maße zur Energieerzeugung genutzt. Dabei ist die Entsorgung von Biomassen-Nebenprodukten und deren Ausnutzung zur Energieerzeugung ein wichtiger Prozess. In einigen Verfahren wird die Biomasse mit konventionellen fossilen Brennstoffen eingesetzt, beispielsweise Kohle oder Koks. Die aus Kohle oder Koks erhaltene Asche enthält oft Verunreinigen, beispielsweise Schwermetalle, die nicht als Düngemittel verwendet werden können. Asche aus Biomassenmaterial enthält im Allgemeinen viel geringere Mengen derartiger Verunreinigungen. Solche Biomassen bestehen hauptsächlich aus Holz, Rinden, Gärresten und sogenannten Landschaftspflegematerialien. Auch der Einsatz von Klärschlamm als Biomasse kann in Aussicht gestellt werden.
Die WO 86/07602 offenbart ein Pulveradditiv zur Verwendung bei der Verbrennung von festen Materialien, die im Fall der Verbrennung von Biomasse wie beispielsweise Stroh eine Mischung aus 75 Gew.-% Dicalciumphosphat, 20 Gew.-% Ammoniumchlorid und 5 Gew.-% Perborat bestehen. Die Mischung wird in einer Menge von 100 g/t Festbrennstoff verwendet. Das Additiv ergibt eine bessere Verbrennung, die zu verringerten Ablagerungen im Ofen, Boiler und Filter führt.
Die CA-1202485 offenbart ein Verfahren zum Erhöhen des Erweichungspunktes von Schlacke, indem der Schlacke 0,5 bis 10 Gew.-% einer Phosphatverbindung zugegeben werden.
Die DE 600 10 736 T2 beschreibt ein Verfahren zur Verminderung von Agglomerations-, Sinterungs- und Ablagerungserscheinungen bei Vergasungs- und Biomassenverbrennungsvorgängen. Das Additiv enthält einen nicht verbrennbaren anorganischen Teil, der aus 4 bis 50 Gew.-% Kalium und Natrium sowie 0 bis 40 Gew.-% Silizium besteht. Die Herstellung derartiger Additive ist zumeist auch teuer, so dass ein Bedarf an einem einfach handzuhabenden Produkt besteht. Ein solches Additiv soll bei den Energieträgern aus Biomasse die Probleme bei der Schlackenbildung und beim Schlackenfluss vermindern oder verhindern. Beispielsweise führen oftmals große, aus der Schmelze der Asche sich bildende Schlackenagglomerate und -brocken zur Behinderung des Asche- oder Schlackenaustrags über die dafür vorgesehenen Roste.
Die bislang bekannten Additive sind zum Teil sehr kostspielig in der Herstellung, so dass alternative Additive zur Verminderung der Agglomerat- und Brockenbildung wünschenswert wären.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Additiv zur Verbesserung der Asche- und Schlackeneigenschaften bei der Verbrennung von biogenen Massen bereitzustellen, damit eine Agglomerat- und Brockenbildung unterbleibt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Additiv mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Additiv besteht aus einer Mischung aus 10 bis 95 Gew.-% Calciumcarbonat und/oder Magnesiumcarbonat und/oder Calciumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid und/oder Calciumoxid und/oder Magnesiumoxid. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Additiv in einem Konzentrationsbereich zwischen 25 und 75 Gew.-% Calciumcarbonat und/oder Magnesiumcarbonat und/oder Calciumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid und/oder Calciumoxid und/oder Magnesiumoxid angesiedelt. Vorzugsweise enthält das erfindungsgemäße Additiv eine Mischung aus Calciumcarbonat und/oder Magnesiumcarbonat. Alternativ kann Calciumcarbonat vollständig oder teilweise ersetzt werden durch Calciumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid oder durch Calciumoxid und/oder Magnesiumoxid. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Calcium- und/oder Magnesiumverbindungen aus natürlichen Lagerstätten stammen oder sekundäre Quellen benutzt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Stoffen, die der Wasseraufbereitung entstammen, erwiesen.
Je nach Reaktionsbedarf liegt das Additiv in einem Korngrößenbereich zwischen 0,01 bis 20 mm. Bevorzugt ist ein Korngrößenbereich zwischen 0,5 bis 2,0 mm. Auf der Basis dieser basisch wirksamen Calcium- oder Magnesiumverbindungen findet bereits in der Schlacken- bzw. Aschebildungsphase ein Einfluss auf deren Struktur und mineralogischer Zusammensetzung derart statt, dass gefürchtete Agglomerat- und Brockenbildung unterbleiben. Das Additiv wirkt dabei auf den Schmelz- und Erweichungspunkt, wodurch zähe Ablagerungen oder Anhaftungen der Schlacke oder der Asche auf den Rosten der Feuerungsanlagen signifikant vermindert werden.
Ferner werden verschiedene Alkali- und Erdalkalisalze, die dazu neigen, aus dem Rauchgasstrom auszuscheren und sich in Verbindung mit Halogenen auf der Oberfläche von Wärmetauschern oder Rosten niederzuschlagen und diese zu verkrusten, vorab in der das Additiv enthaltenden Asche bzw. in den verbleibenden Restschlacken gebunden. Einer Verminderung des Wirkungsgrades des Wärmetauschers kann dadurch vorgebeugt werden. Ferner wird durch die Reduktion der Salzfrachten der Verschleiß durch Korrosion verringert und die Intervalle für Wartungsarbeiten an den Wärmeaustauschern gestreckt. Dies kann sich vorteilhaft in rein kohlebefeuerten Großkraftwerken auswirken.
Das erfindungsgemäße Additiv und deren basische Bestandteile wirken sich ferner unterstützend auf die Abgasbildung und damit die Emissionswerte bei der Biomassenverbrennung aus. Beispielsweise werden nennenswerte Mengen Schwefelverbindungen bei der Abgasbildung neutralisiert, wodurch die eigentliche Raugasreinigung entlastet wird.
Ein weiterer wichtiger Aspekt des erfindungsgemäßen Additivs betrifft die Schadstofffrachten der Brennstoffe. Wenn auch die organischen Schadstoffe über den thermischen Prozess weitestgehend eliminiert werden, so findet bei den anorganischen Stoffen, insbesondere bei den Schwermetallen, naturgemäß eine Anreicherung in der Asche bzw. Schlacke statt. Die basischen Komponenten des Additivs führen hier zu einer teilweisen Immobilisierung dieser Frachtbestandteile, was deren Umweltrelevanz bei einer späteren Weiterverwertung der Aschen herabsetzt, z. B. durch Verglasung.
Von besonderer Relevanz ist bei einigen der erwähnten Brennstoffe die Chrom VI-Fracht und -Bildung. Dieser Stoff ist aufgrund seiner besonders gesundheitsschädlichen Eigenschaften gefürchtet und unterliegt daher strengen Kontrollen.
Um der Chrom VI-Bildung präventiv sicher entgegenzuwirken, enthält das Additiv neben den basisch wirksamen Calcium- und/oder Magnesiumverbindungen zusätzliche selektive chromspezifische Reduktionsmittel, welche als Steuerungsmittel stöchiometrisch dosiert ebenfalls innerhalb des Feuerungsprozesses wirken. Diese Reduktionsmittel überführen das Chrom VI in die niedrigere unschädliche Oxidationsstufe Chrom III.
Die Auswahl der Reduktionsmittel ist im Wesentlichen abhängig vom Belastungsgrad der Biomasse und konzentriert sich vorzugsweise auf Eisen-(II)-chlorid und -sulfat, Mangan-(II)-sulfat, Zinn-(II)-chlorid und modifizierte Ligninsulfonate. Aufgrund der zum Teil beträchtlichen Unterschiede zwischen den Biomassserohstoffen hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass bedarfsweise unterschiedliche Kombinationen dieser Reduktionsmittel zugemengt werden.
Die Dosierung des Additivs erfolgt vorzugsweise innerhalb der Verbrennungsanlage vor dem Eintritt in die Feuerungskammer und ist in ihrer Mengenbemessung abhängig vom Belastungsgrad der eingesetzten Brennstoffe. Dosierungen zwischen 1 und 15 Gew.-%, bezogen auf den Glührückstand des Brennstoffes, sind besonders bevorzugt.
Um unerwünschte Staubbildung zu vermeiden, ist das Additiv als Granulat, Kompaktat oder Suspension formuliert; dies kann aber auch mittels flüssiger Beschichtungsstoffe erfolgen.
Vorzugsweise enthält das erfindungsgemäße Additiv 0,01 bis 50 Gew.-% Eisen-(II)-chlorid. Ferner enthält das erfindungsgemäße Additiv 0,01 bis 50 Gew.-% Eisen-(II)-sulfat und 0,01 bis 50 Gew.-% Zinn-(II)-chlorid. Ferner können vorzugsweise 0,01 bis 50 Gew.-% Ligninsulfonat zugegeben werden.
In einer Ausführungsform ist das Additiv als Granulat oder Kompaktat zur Eindämmung der Staubentwicklung ausgebildet. In einer weiteren Ausführungsform liegt das Additiv zur staubfreien Dosierung als Suspension vor. Ferner kann das Additiv zur Eindämmung der Staubentwicklung mit Wasser, pflanzlichen Ölen und Fetten, Alkoholen, Celluloseverbindungen Proteinverbindungen und/oder silikatischen Stoffen beschichtet bzw. umhüllt sein.
Die Verbrennungsasche und -schlacke ist zur Verbesserung von Böden im Straßen- und Landschaftsbau sowie in der Landwirtschaft geeignet. Ferner ist die Verbrennungsasche oder -schlacke ein hydraulisch wirksames Bindemittel in zement- oder kalkgebundenen Systemen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 86/07602 [0003]
CA 1202485 [0004]
DE 60010736 T2 [0005]

Claims

Additiv zur Verbesserung der Asche- und Schlackeneigenschaften bei der Verbrennung von biogenen Massen unter Einsatz alkalischer Verbindungen in Kombination mit Reduktionsmitteln zur Eliminierung metallischer Schadstoffe, umfassend: 10 bis 95 Gew.-% Calciumcarbonat und/oder Magnesiumcarbonat und/oder Calciumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid und/oder Calciumoxid und/oder Magnesiumoxid, dadurch gekennzeichnet, dass die Calcium- und/oder Magnesiumverbindungen in einem Korngrößenbereich zwischen 0,01 und 20 mm vorliegen.
Additiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,01 bis 50 Gew.-% Eisen-(II)-chlorid enthält.
Additiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,01 bis 50 Gew.-% Eisen-(II)-sulfat enthält.
Additiv nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,01 bis 50 Gew.-% Zinn-(II)-chlorid enthält.
Additiv nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,01 bis 50 Gew.-% Ligninsulfonat enthält.
Additiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es als Granulat oder Kompaktat zur Eindämmung der Staubentwicklung vorliegt.
Additiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es als Suspension zur staubfreien Dosierung vorliegt.
Additiv nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es mit Wasser, pflanzlichen Ölen und Fetten, Alkoholen, Celluloseverbindungen Proteinverbindungen und/oder silikatischen Stoffen beschichtet oder umhüllt ist.
Additiv nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsasche und/oder Verbrennungsschlacke zur Verbesserung von Böden im Straßen- und Landschaftsbau oder in der Landwirtschaft einsetzbar ist.
Additiv nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsasche und/oder Verbrennungsschlacke ein hydraulisch wirksames Bindemittel in zement- oder kalkgebundenen Systemen ist.