DE3340892C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der bei der Verbrennung von Brennstoffen hohen Heizwertes entsprechenden gasförmigen Schadstoffe, wie z. B. SO _x , Fluor- oder Chlorverbindungen, bei dem die Additive mittels eines Trägerfluids in mindestens zwei hintereinander angeordneten Stufen gleichzeitig in einem von Heißgas durchströmten Raum eingebracht werden.

Zur Einbindung der bei der Verbrennung von Brennstoffen hohen Heizwertes, insbesondere von Braunkohle oder Steinkohle, entstandenen und im Rauchgas enthaltenen, in hohem Maße umweltbelastenden gasförmigen Schadstoffe, werden die Rauchgase mit Additiven behandelt. Da die Reaktionsfähigkeit der den Rauchgasen zugegebenen Additiven temperaturabhängig ist, werden für den Hoch-, Mittel- und Niedertemperaturbereich des Rauchgases jeweils besondere Additive eingesetzt, um das Reaktionsoptimum zu erzielen. Die Temperaturabhängigkeit in bezug auf das Reaktionsvermögen legt seinerseits wiederum die Eingabe für die Additive fest.

Aus der DE-OS 25 39 500 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem ein mit Staub und/oder SO₂, H₂S, Fluor usw. angereichertes Heizgas mittels einer Flüssigkeit auf eine gewünschte Temperatur, z. B. auf unter 200°C heruntergekühlt wird, dem unmittelbar anschließend zur Einbindung der gasförmigen Schadstoffe in mindestens zwei Stufen feinst ausgemahlenes Additiv, in Form von Erdalkalistaub eingedüst wird.

Bei einem ähnlichen aus der DE-PS 26 12 828 bekannten Verfahren wird die offene Flamme eines Brenners auf etwa 160°C aufgeheizt, durch eine aus mehreren hintereinandergeschalteten Rohrabschnitten bestehende Behandlungsstrecke geführt und mit aus druckdichten Vorratsbehältern über Dosiervorrichtungen und Düsen in die Behandlungsstrecke eingebrachten Sorptionsmittel behandelt.

Bei derartigen Behandlungsstrecken von relativ kleinem Flächenquerschnitt bestehen hinsichtlich einer homogenen Additivbeimischung zum Kanalgasstrom keine Probleme.

Bei größeren Flächenquerschnitten eines vom Kanalgas durchströmten Raumes und hohen Rauchgastemperaturen, so­ wie in einem einem Feuerraum einer Dampferzeugeranlage nachgeschalteten Strahlungsraum, erfolgt eine Additiveinbringung nur über einen in der Wand des Strahlungsraumes liegenden Eingabeart, der eine homogene Verteilung des Additivs in Rauchgas aus energetischen Gründen erschwert und so die Zeit und die Wegstrecke für eine optimale Schadstoffeinbindung erheblich verlängert (H.L. Falkenberry - A.V. Slack, "SO₂ Removal by Limestone Injection", Chemical Engineering Progress 65 (1969) No 12, Seiten 61 bis 66, insbesondere Fig. 1).

Zur Erziehung einer optimalen Schadstoffeinbindung ist aus der DE-PS 27 39 509 ein Verfahren zur Reinigung eines Abgasstromes bekannt, bei dem die Konzentration eines flüssigen Sorptionsmittels in Abhängigkeit vom Schadgasgehalt im Rauchgas vor und nach der Behandlung geregelt wird, wobei eine die Konzentration des Sorptionsmittels beeinflussende Wassermenge in Abhängigkeit von der Rauchgastemperatur nach der Sorptionsmittelbehandlung eingestellt wird.

Eine derartige Regelung ist dann nicht anwendbar, wenn zur optimalen Schadstoffeinbindung das temperaturabhängige Reaktionsvermögen eines Additivs genutzt werden soll.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung derart weiterzu­ entwickeln, daß die Schadstoffeinbindung bei optimaler Ausnutzung der Menge an zugeführtem Additiv gesteigert wird.

Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, daß in den dem Feuerraum nachgeschalteten Strahlungsraum einer Dampferzeugeranlage die Additiveinbringung in jeder Stufe über mehrere umfangsseitige Eingabeorte in einem Temperaturbereich von 1500 bis 800°C erfolgt und bei dem die Additivmenge für die stromab letzte Stufe über die SO _x -Konzentration des bereits gereinigten Rauchgases und die Additivmengen für die verbleibenden Stufen lastabhängig geregelt werden, wobei das Lastsignal in bekannter Weise aus der zentralen Führungsgröße des Dampferzeugers, wie z. B. Brennstoffes gebildet wird.

Die Vorteile bestehen darin, daß durch die gleichzeitige Zugabe von Additiven in mehreren Stufen in den Strahlungsraum eines Dampferzeugers, eine erhöhte Schadstoffeinbindung bei gleichzeitiger Reduzierung der Menge an Additiven gegenüber den bekannten Verfahren möglich wird. Dies wird dadurch erzielt, daß durch Aufteilung des gesamten Additivstromes auf die Teilströme in verschiedenen Stufen stromab in Hintereinanderanordnung sowie durch mehrere umfangsseitige Eingabestellen in einer Stufe bzw. Ebene eine effektivere Durchmischung von Additiven und Schadgasen erreicht wird. Zugleich werden Versinterungen vermischt und eine ausreichende Verweilzeit des Additivs mit den Schadstoffen im Rauchgas sichergestellt.

Durch die Maßnahme, die Additivmenge in der stromab letzten Stufe über die SO _x -Konzentration des bereits behandelten Rauchgases zu regeln, ist es dem Betreiber einer Dampferzeugeranlage, insbesondere einer Altanlage, möglich, den jeweils für diese festgelegten Emissionsgrenzwert einzuhalten. Dies wirkt sich vor allem dann als Vorteil aus, wenn der für eine nasse Rauchgasentschwefelungsanlage benötigte Raum nicht zur Verfügung steht; bei dem Verfahren nach der Erfindung sind lediglich die Düsen zur Einbringung des Additivs als wesentliche Konstruktionsveränderungen am Dampferzeuger vorzunehmen. Ein wesentliches Kennzeichen der Erfindung ergibt sich aus der Kombination der Mehrstufigkeit der Additiveinbringung und der Möglichkeit, in den einzelnen Stufen jeweils Additive zuzugeben, die in jedem Bereich des Behandlungsraumes optimale Reaktionsbedingungen zur Schadstoffeinbindung für die hier vorherrschende Rauchgastemperatur liefern.

Alternativ hierzu besteht die Möglichkeit, daß in den dem Feuerungsraum nachgeschalteten Strahlungsraum einer Dampferzeugeranlage die Additiveinbringung in jeder Stufe über mehrere umfangseitige Eingabeorte in einem Temperaturbereich von 1500 bis 800°C erfolgt und bei dem die Zugabemenge an Additiv jeder Stufe lastabhängig geregelt wird, wobei das Lastsignal in bekannter Weise aus der zentralen Führungsgröße des Dampferzeugers, wie z. B. Brennstoff- oder Dampfmenge und dem Schwefelgehalt des Brennstoffes gebildet wird, und die SO _x -Konzentration des gereinigten Rauchgases als primäre und die im Bereich einer Stufe vorherrschende Rauchgastemperatur als sekundäre Korrekturgröße auf die jeweilige Additiv-Mengenregelung zurückgeführt werden und den lastabhängigen Sollwert derart beeinflussen, daß unter Einhaltung des SO _x -Emissionsgrenzwertes als Sollwert der primären Korrekturgröße die Additivmenge über den temperaturabhängigen Entschwefelungsgrad des Additivs geregelt wird.

Um den Wirkungsgrad der Schadstoffeinbindung weiter zu erhöhen, ist es zweckmäßig, wenn in den einzelnen Stufen Additive eingegeben werden, die jeweils optimale Reaktionsbedingungen zur Schadstoffeinbindung für die im Bereich einer Stufe vorherrschende Rauchgastemperatur liefern.

Ebenso ist es zweckmäßig, wenn als Trägerfluid für die Stufen im Hochtemperaturbereich vorzugsweise ein flüssiger und für die übrigen Stufen ein gasförmiger Stoffstrom dient.

Durch den Einsatz insbesondere eines flüssigen Trägerfluids wird im Hochtemperaturbereich eine lokale Abkühlung des Rauchgases in der Umgebung der Additive infolge der Verdampfung des Trägerfluids erreicht. Damit ist die Sintergefahr nicht mehr gegeben, was mit einer besseren Ausnutzung von Additiven in diesem Heißtemperaturbereich einhergeht.

Dieses Verfahren eignet sich auch für den Einsatz von pulverförmigen Additiven.

Für eine Erhöhung der Schadgaseinbindung ist es auch besonders zweckmäßig, wenn eine Teilmenge des aus dem eigenen Verbrennungsprozeß entstammenden Rauchgas abgeschiedenen Feststoffes mit oder ohne Zugabe von unverbrauchten Additiven in den Strahlungsraum zurückgeführt wird, wobei die Eingabe in einem Bereich mit einer Rauchgastemperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur der Reaktionsprodukte aus Additiven und Schadgasen erfolgt.

Durch die Möglichkeit der Rückführung von Feststoffen, in denen noch nicht reagierte, aber reak­ tionsfähige Additive enthalten sind, wird eine zusätz­ liche Ausnutzung und die damit verbundene Reduzierung der benötigten Additivmenge erreicht. Dabei wird eine Zersetzung der bereits eingebundenen Schadstoffe, die jedoch bei den bekannten Verfahren unvermeidlich ist, dadurch unterbunden, daß die Feststoffe in einen Tempe­ raturbereich unterhalb der Zersetzungstemperatur dieser Reaktionsprodukte in den Strahlungsraum eingegeben werden.

Das Verfahren wird anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher er­ läutert.

Die Figur zeigt eine Dampferzeugeranlage 1, aus der die in der Stufenschmelzkammer 2 entstehenden Rauchgase den Strahlungsraum 3 und Konvektivteil 4 durchströmen und nachfolgend über einen Luftvorwärmer und einen E-Filter in die Atmosphäre entlassen werden. Zur Einbindung der in den Rauchgasen enthaltenen Schadstoffe werden die Additive über drei Stufen 5, 6 und 7 in den Strahlungs­ raum 3 zugegeben und mit dem Rauchgas in Kontakt ge­ bracht. Die einzelnen Stufen bzw. Ebenen sollten dabei in einem Temperaturintervall innerhalb des Strahlungs­ raumes von max. 1500°C bis min. 800°C angeordnet sein, um eine Versinterung des Additives im Hochtemperaturbe­ reich und Inaktivität des Additives im Niedertemperatur­ bereich zu vermeiden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wer­ den dabei in den einzelnen Ebenen verschiedene Additive eingesetzt, die bezüglich ihrer Aktivität auf die jeweils vorherrschende Rauchgastemperatur abgestimmt sind. Die Bevorratung der Additive erfolgt in den Behältern 8, 9 und 10, von wo aus sie mittels pneumatischer Förderung den jeweiligen Eingabeorten zugeleitet werden. Wahlweise kann als Trägerfluid in der stromab untersten Ebene 5 als Trägerfluid eine Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, ver­ wendet werden. Hierdurch wird im Heißtemperaturbereich eine Abkühlung des Rauchgases infolge Verdampfung er­ reicht, so daß hier die Gefahr von Versinterungen der Additive weitgehendst vermieden wird. Als unterstützende Maßnahme zur Homogenisierung von Additiven und Schadstof­ fen dient im gesamten Behandlungsraum die Anordnung von mehreren umfangsseitig des Strahlungsraumes befindlichen Eingabeorten in einer Ebene. Um den zulässigen Emissions­ grenzwert einzuhalten, wird gemäß dem Ausführungsbeispiel der SO _x -Gehalt des bereits behandelten Rauchgases als Korrekturgröße auf die Regelung 11 für die Zugabemenge an Additiv aus Silo 10 zurückgeführt, wobei der Sollwert für die Zugabemenge an Additiven aus den Silos 8 und 9 last­ abhängig geführt wird. Dabei wird das Lastsignal aus der zentralen Führungsgröße einer Dampferzeugeranlage, wie z.B. Brennstoff- oder Dampfmenge und den Schwefel-Gehalt des Brennstoffes gebildet. Alternativ zu dieser einfachen Regelung ist es auch möglich die SO _x -Konzentration des bereits gereinigten Rauchgases als primäre und das Signal für die in einer Ebene vorherrschende Rauchgastemperatur als sekundäre Korrekturgröße auf die lastabhängige Addi­ tivmengenreglung einer Stufe zurückzuführen. Die Verar­ beitung der Signale erfolgt dabei in der Weise, daß unter Einhaltung des SO _x -Emissionsgrenzwertes als Sollwert für die primäre Korrekturgröße die Additivzugabemenge zusätz­ lich über den temperaturabhängigen Entschwefelungsgrad des Additivs geregelt wird. Hierbei wird berücksichtigt, daß die Reaktivität eines Additivs mit den Schadstoffen aus dem Rauchgas temperaturabhängig ist. Der lastabhän­ gige Sollwert für die Zugabemenge wird wie bei der vorge­ nannten einfachen Regelung ermittelt. Mit einer solchen aufwendigen Regelung läßt sich eine weitere Steigerung des Entschwefelungsgrades erreichen. Durch die Verfah­ rensführung nach der Erfindung, d. h. Mehrstufigkeit der Rauchgasbehandlung innerhalb des Strahlungsraumes einer Dampferzeugeranlage in Kombination mit dem Einsatz von besonderen Additiven in verschiedenen Stufen sowie die Möglichkeit, gasförmige oder flüssige Trägerfluide für die Eindüsung des Additives zu verwenden, wird eine we­ sentlich höhere Effektivität der Schadstoffeinbindung und effektivere Ausnutzung des zugeführten Additivs im Dampferzeuger erreicht, als dies mit den bekannten Verfahren möglich ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Verminderung der bei der Verbrennung von Brennstoffen hohen Heizwertes entstehenden gasförmigen Schadstoffe, wie z. B. SO _x , Fluor- oder Chlorverbindungen, bei dem die Additive mittels eines Trägerfluids in mindestens zwei hintereinander angeordneten Stufen geichzeitig in den dem Feuerraum nachgeschalteten Strahlungsraum einer Dampferzeugeranlage eingebracht werden, wobei die Additiveinbringung in jeder Stufe über mehrere umfangsseitige Eingabeorte in einem Temperaturbereich von 1500 bis 800°C erfolgt und bei dem die Additivmenge für die stromab letzte Stufe über die SO _x -Konzentration des bereits gereinigten Rauchgases und die Additivmengen für die verbleibenden Stufen lastabhängig geregelt werden, wobei das Lastsignal in bekannter Weise aus der zentralen Führungsgröße des Dampferzeugers, wie z. B. Brennstoff- oder Dampfmenge und dem Schwefelgehalt des Brennstoffes gebildet wird.

2. Verfahren zur Verminderung der bei der Verbrennung von Brennstoffen hohen Heizwertes entsprechenden gasförmigen Schadstoffe, wie z. B. SO _x , Fluor- oder Chlorverbindungen, bei dem die Additive mittels eines Trägerfluids in mindestens zwei hintereinander angeordneten Stufen gleichzeitig in den Feuerraum nachgeschalteten Strahlungsraum einer Dampferzeugeranlage eingebracht werden, wobei die Additiveinbringung in jeder Stufe über mehrere umfangseitige Eingabeorte in einem Temperaturbereich von 1500 bis 800°C erfolgt und bei dem die Zugabemenge an Additiv jeder Stufe lastabhängig geregelt wird, wobei das Lastsignal in bekannter Weise der aus der zentralen Führungsgröße des Dampferzeugers, wie z. B. Brennstoff- oder Dampfmenge und dem Schwefelgehalt des Brennstoffes gebildet wird, und die SO _x -Konzentration des gereinigten Rauchgases als primäre und die im Bereich einer Stufe vorherrschende Rauchgastemperatur als sekundäre Korrekturgröße auf die jeweilige Additiv-Mengenregelung zurückgeführt werden und den lastabhängigen Sollwert derart beeinflussen, daß unter Einhaltung des SO _x -Emissionsgrenzwertes als Sollwert der primären Korrekturgröße die Additivmenge über den temperaturabhängigen Entschwefelungsgrad des Additivs geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den einzelnen Stufen Additive eingegeben werden, die jeweils optimale Reaktionsbedingungen zur Schadstoffeinbindung für die im Bereich einer Stufe vorherrschende Rauchgastemperatur liefern.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerfluid für die Stufen im Hochtemperaturbereich vorzugsweise ein flüssiger und für die übrigen Stufen ein gasförmiger Stoffstrom dient.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilmenge des aus dem eigenen Verbrennungsprozeß entstammenden Rauchgas abgeschiedenen Feststoffes mit oder ohne Zugabe von unverbrauchten Additiven in den Strahlungsraum zurückgeführt wird, wobei die Eingabe in einem Bereich mit einer Rauchgastemperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur der Reaktionsprodukte aus Additiven und Schadgasen erfolgt.