DE3018743A1

DE3018743A1 - Abgasentschwefelung in wirbelschichtfeuerungen

Info

Publication number: DE3018743A1
Application number: DE19803018743
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl.-Chem. Dr. 4300 Essen Münzner; Hans-Dieter Dr. 4320 Hattingen Schilling
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1980-05-16
Filing date: 1980-05-16
Publication date: 1981-11-26
Also published as: DE3018743C2

Description

Abgasentschwefelung in Wirbelschichtfeuerungen
Die Erfindung betrifft die Verwendung von verhältnismäßig geringen Mengen an ausgewählten natürlichen Kalksteinen oder Dolomitarten zur Erzielung einer hochgradigen Entschwefelung der Abgase von Wirbelschicht-Verbrennungsvorrichtungen, insbesondere von Wirbelschichtfeuerungen.
Im Bereich der Kraftwerkstechnik wird wegen zunehmender Notwendigkeit, technische Verfahren umweltfreundlich zu machen, eine verstärkte Entschwefelung der Abgase betrieben. Wirbelschichtfeuerungen haben hierbei bei Temperaturen von 800 -1.0000 C den Vorzug, daß wegen des in der Wirbelschicht vorhandenen engen Kontaktes zwischen Feststoffen und Gas sowie wegen der hohen Affinität von in der Kohlenasche vorhandenem Kalzium zum bei der Verbrennung als SO, freigesetzten Schwefel bereits eine nachhaltige Einbindung eines Teiles des Schwefel nach der Bruttoformel CaCO3 + SO2 + 1/2 02 = CaSO4 + CO2 erfolgt.
Es ist bekannt, daß man einen höheren Entschwefelungsgrad erreicht, wenn man mit der Kohle zusätzlich natürlichen Kalkstein oder Dolomit in die Aschewirbelschicht einer Wirbelschichtfeuerung einspeist. Verwendet man hierbei die in der Baustoffindustrie handelsüblichen Kalksteine oder Dolomite und gibt sie in einer Menge zu, die einem Molverhältnis von Kalzium zu Schwefel = 2 : 1 entspricht, so erreicht man nur Entschwefelungsgrade zwischen 40 und 70 %.
Die Kalksteinausnutzung beträgt dabei nur zwischen 20 und 35 %. Eine Einspeisung solch großer Kalksteinmengen führt daher zu einer Erhöhung der Rückstandsmenge in der Wirbelschichtfeuerung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung einer minimalen Menge an Kalkstein oder Dolomit einen möglichst hohen Entschwefelungsgrad der Abgase zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch die Verwendung von natürlichen Kalstein- oder Dolomitarten mit einem Porenvolumen in ungebranntem Zustand von 3 bis 50 cm3/100 g, gemessen mit der Methode der Quecksilberpenetration im Porengrößenbereich über 0,01 pm, und einem überwiegenden Anteil in der Kornfraktion mit einer Korngröße oberhalb der Austragungsgrenze zur Entschweflung der Abgase von Wirbelschicht-Verbrennungsvorrichtungen, insbesondere von Wirbelschichtfeuerungen, gelöst.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung werden besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn die Korngröße in der Kornfraktion vom Durchmesser der pneumatischen Austragsgrenze der Wirbelschicht-Verbrennungsvorrichtung bis zum 5-fachen Durchmesser der Austragungsgrenze reicht. Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der größte Korndurchmesser in der Kornfraktion kleiner 40 und der mittlere Korndurchmesser kleiner 10 pm beträgt.
Deshalb können erfindungsgemäß insbesondere solche Kalk stein- oder Dolomitarten verwendet werden, bei denen aus einer Kornfraktion mit einem diskontinuierlichen Korngrö-Benspektrum der Anteil mit einem Korndurchmesser zwischen 40 pm und dem Durchmesser der pneumatischen Austragungsgrenze entfernt ist.
Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß natürliche Kalksteine oder Dolomite mit einem Porenvolumen in unge-3 branntem Zustand von 3 bis 50 cm3/100 g, wenn sie in einer bestimmten Korngrößenfraktion vorliegen, unter Einsatz von verhältnismäßig geringen Mengen in Wirbelschichtfeuerungen eine hochgradige Entschwefelung der Rauchgase im Dauerbetrieb ermöglichen.
Das Porenvolumen wird im Sinne der Erfindung mit der Methode der Quecksilberpenetration im Porengrößenbereich über 0,01 pm gemessen (H. Jüntgen und M. Schwuger, Chem. Ing.
Tedin. 38 (1966), Seiten 1271 - 1278).
Anhand der folgenden Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.
Beispiel 1 Eine Wirbelschichtfeuerung, deren Wirbelschicht aus Kohlenasche in einer Korngröße zwischen 0,2 und 4 mm besteht, wird mit Luft in einer Geschwindigkeit von 1,5 m/sec angeströmt.
Die Schichthöhe der Asche im aufgewirbelten Zustand beträgt 1,1 m. In der Feuerung herrscht eine Temperatur von 8500 C und ein Drucli von 1,1 bar. Die Sauerstoffkonzentration im Rauchgas beträgt 5 %.
In das heiße, aufgewirbelte Aschebett werden 11,1 Gew.-Teile natürlicher Kalkstein mit einem Kalziumgehalt von 3 36 % Ca, der ein Porenvolumen von 16,6 cm3/100 g besitzt, in einer Kornfraktion von 0 bis 40 F bei einem mittleren Korndurchmesser von 10 jum gemeinsam mit 100 Gew. -Teilen zu verfeuernde Kohle (2 % 1120, 25 % Asche, 1,6 % S) eingespeist. Dies entspricht einem Molverhältnis Ca : S wie 2 : 1.
Bezogen auf den Schwefelgehalt der Kohle wird im Abgas ein Entschwefelungsgrad von 98,5 % erzielt.
Beispiel 2 Beispiel 2 In eine Wirbelschichtfeuerung mit den im Beispiel 1 beschriebenen Betriebsbedingungen werden 8,3 Gew.-Teile des gleichen Kalksteines wie im Beispiel 1, jedoch in einer Kornfraktion von 0,2 bis 0,5 mm, mit 100 Gew.-Teilen Kohle eingespeist. Dies entspricht einer Kalksteinzumischung im Molverhältnis Ca : S wie 1,5 : 1.
Bezogen auf den Schwefelgehalt der Kohle beträgt der Entschwefelungsgrad 99 %.
Beispiel 3 In einer Wirbelschichtfeuerung mit den im Beispiel 1 beschriebenen Betriebsbedingungen wird mit 8,3 Gew.-Teilen des gleichen Kalksteines wie im Beispiel 1, jedoch in einer Kornfraktion von 0,5 bis 3 mm, bei 100 Gew.-Teilen Kohle nach 30 Betriebsstunden ein Entschwefelungsgrad von 94 % (bezogen auf den Schwefelgehalt der Kohle) mit zunehmender Tendenz erzielt. Dies entspricht einer Kalksteinzumischung im Molverhältnis Ca : S wie 1,5 : 1.
Beispiel 4 In eine Wirbelschichtfeuerung mit den in Beispiel 1 beschriebenen Betriebsbedingungen werden 14,5 Gew.-Teile eines Kalksteines (Dolomit) mit einem Kalziumgehalt von 20,7 % Ca und einem Magnesiumgehalt von 11,3 % Mg, der 3 ein Porenvolumen von 7 cm3/100 g besitzt, in einer Kornfraktion von 0,5 bis 3 mm mit 100 Gew.-Teilen Kohle eingespeist. Dies entspricht einer Zumischung im Molverhältnis von Ca : S wie 1,5 : 1. Es wird ein Entschwefelungsgrad von 99 % (bezogen auf den Schwefelgehalt der Kohle) erzielt.
Beispiel 5 In eine Wirbelschichtfeuerung mit den in Beispiel 1 beschriebenen Betriebsbedingungen werden 11,4 Gew.-Teile eines Kalksteines mit einem Kalziumgehalt von 26,2 % Ca, der ein Porenvolumen von 42 cm3/100 g besitzt, in einer Kornfraktion von 0,5 bis 3 mm mit 100 Gew.-Teilen Kohle eingespeist. Dies entspricht einer Zumischung im Molverhältnis Ca : S wie 1,5 : 1. Es wird ein Entschwefelungsgrad von 96 % (bezogen auf den Schwefelgehalt der Kohle) erzielt.

Claims

Abgasentschwefelung in Wirbelschichtfeuerungen Patentansprüche G Verwendung von natürlichen Kalkstein- oder Dolomitarten mit einem Porenvolumen in ungebranntem Zustand von 3 3 bis 50 cm3/100 g, gemessen mit der Methode der Quecksilberpenetration im Porengrößenbereich über 0,01 pm, und einem überwiegenden Anteil in der Kornfraktion mit einer Korngröße oberhalb der Austragungsgrenze zur Entschwefelung der Abgase von Wirbelschicht-Verbrennungsvorrichtungen, insbesondere von Wirbelschichtfeuerungen.
2. Verwendung von natürlichen Kalkstein- oder Dolomitarten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße in der Kornfraktion vom Durchmesser der pneumatischen Austragsgrenze der Wirbelschicht-Verbrennungsvorrichtung bis zum 5-fachen Durchmesser der Austragungsgrenze reicht.
3. Verwendung von natürlichen Kalkstein- oder Dolomitarten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Korndurchmesser in der Kornfraktion kleiner 40 pin und der mittlere Korndurchmesser kleiner 10 sm beträgt.
4. Verwendung von natürlichen Kalkstein- oder Dolomitarten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Kornfraktion mit einem diskontinuierlichen Korngrößenspektrum der Anteil mit einem Korndurchmesser zwischen 40 Fm und dem Durchmesser der pneumatischen Austragungsgrenze entfernt ist.