DE3403995A1

DE3403995A1 - Verfahren zur abscheidung von in rauchgasen enthaltenen gasfoermigen schadstoffen

Info

Publication number: DE3403995A1
Application number: DE19843403995
Authority: DE
Inventors: Urban Dipl.-Ing. 5275 Bergneustadt Cleve
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1984-02-06
Filing date: 1984-02-06
Publication date: 1985-08-08
Also published as: EP0170689A1; WO1985003455A1; ZA85887B

Description

Verfahren zur Abscheidung von in Rauchgasen enthaltenen
gasförmigen Schadstoffen Zusatz zu Patent (Pat.-Anm. P 33 08 927.2-43) Die Erfindung betrifft ein trockenes Verfahren zur mehrstufigen Abscheidung von in Rauchgasen oder in sonstigen Abgasen enthaltenen Schadstoffen, insbesondere von SO und N0x, wobei gleichzeitig auch alle anderen Schadgase wie Fluor- und/oder Chlorverbindungen sowie Schwermetalle abgeschieden werden.
Gegenstand von Patent ....... (Pat.-Anm. P 3308927.2-43) ist ein Verfahren zur Bindung von in Rauchgasen aus einer Verbrennung von fossilen, mineralstoffhaltigen Brennstoffc, insbesondere Braunkohle und Steinkohle sowie Öl- und Gasfeuerung, enthaltenen gasförmigen Schadstoffen, wie Schwefeloxide, Fluor- und Chlorverbindungen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Flugasche mit den in ihr enthaltenen Mineralstoffen, wie z.B. Calciumoxid und/oder Magnesiumoxid, nach Abscheidung in einem Filter in trockener und/oder suspendierter Form, gegebenenfalls unter Zugabe von Additiven wie Kalk, Magnesiumoxid und/oder Kalkstein, den aus der Feuerung kommenden Rauchgasen, vorzugsweise Rauchgasen im mittleren (300 - 500°C) bzw. niederen (80 - 300°C) Temperaturbereichs wieder zugemischt werden.
Bei diesem Verfahren wird die Flugasche selbst und die in ihr enthaltenen Mineralstoffe zur Bindung von Schadstoffen ausgenutzt. Mit dem Verfahren gemäß Hauptpatent können die Schadstoffe auf Basis von Fluor- und/oder Chlorverbindungen fast vollständig, Schwefeldioxid weitgehen, das heißt zu etwa 50 - 75 % abgeschieden werden, Stickoxide jedoch praktisch nicht.
Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung des Verfahrens nach dem Hauptpatent, und zwar sollen das Schwefeldioxid praktisch vollständig und darüberhinaus auch die Stickoxide sowie restliche Schwermetalle und Flugstaub aus den Rauch- bzw. Abgasen entfernt werden.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur trockenen Abscheidung von in Rauchgasen enthaltenen gasförmigen Schadstoffen durch Zumischen der Flugasche mit den in ihr enthaltenen Mineralstoffen nach Abscheidung in einem Filter in trockener und/oder suspendierter Form, gegebenenfalls unter Zugabe von bekannten Additiven zu den aus der Feuerung kommenden Rauchgasen, vor zugsweise den Rauchgasen im mittleren (300 - 500°C) und/ oder des niederen (150 - 3000C) Temperaturbereichs nach Patent (Pat.-Anm. P 33 08 927.2-43), das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Rauchgas nach Abscheidung der Flugasche oder des Gemischs aus Flugasche und Additiven mit einem reduzierenden Gas, vorzugsweise Ammoniak, behandelt und die Mischung aus Rauchgas und reduzierendem Gas durch eine Schicht A-Kohle oder A-Koks unter Entfernung der Stickoxide, des restlichen SO, sowie der Schwermetalle und des Flugstaubs geleitet wird.
Erfindungsgemäß wird also zunächst in einer ersten Reinigungsstufe bzw. einem ersten Reinigungskreislauf die Flugasche mit den in ihr enthaltenen Mineralstoffen, wie Calciumoxid und/oder Magnesiumoxid nach der Abscheidung in einem Filter in trockener und/oder suspendierter Form, gegebenenfalls unter Zugabe von Additiven, wie Kalk,Magnesiumoxid und/oder Kalkstein, den aus der Feuerung kommenden Rauchgasen, vorzugsweise Rauchgase im mittleren (300 - 500°C) und/oder niederen (150-300°C) Temperaturbereichen wieder zugemischt.
Da die in der Flugasche enthaltenen Mineralstoffe in der Regel im mittleren bzw. niederen Temperaturbereich ihr Reaktionsoptimum entwicke#ln, ist das Verfahren auf diese Temperaturbereiche beschränkt. Es können bei Verwendung von in die Rauchgase zurückgeführter Flugasche zur Erhöhung des Einbindegrades der Schadstoffe zusätzliche Additive eingesetzt werden, die entweder zusammen mit der Flugasche als Gemisch oder aber von der Flugasche getrennt an verschiedenen Orten in den vorgenannten Temperaturbereichen dem Rauchgas zugegeben werden.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Dampferzeuger mit einer Braunkohle- bzw. Steinkohlefeuerung, Öl- oder Gasfeuerung liegen die Zugabeorte für die Flugasche bzw. die Flugasche und das Additiv im Bereich vor dem der Feuerung nachgeschalteten Kesselheizflächenende vor Eintritt in den Luftwärmer oder im Bereich zwischen Luftwärmer und Filtereingang.
Zur vollständigen Ausschöpfung des Bindevermögens an Schadstoffen können Flugasche oder Flugasche und Additive nicht nur einmal, sondern mehrmals zum Rauchgas zugegeben werden. Hierzu ist es natürlich notwendig, dass an einer oder mehreren bestimmten Stellen des Rauchgasstroms Flugasche bzw. Flugasche und Additiv abgeschieden und wieder zurückgeführt werden.
Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren aber auch so geführt werden, dass Flugasche bzw. Flugasche und Additive aus den verschiedenen Abscheidesystemen mengenmäßig entsprechend ihrer Ladefähigkeit gemischt und den verschiedenen Zugabeorten ganz oder teilweise wieder zugeführt oder ausgeschleust werden.
Die insbesondere bei trockenen Verfahren noch nicht erschöpfte Beladefähigkeit der Flugasche bzw. der Flugasche und Additiv kann erfindungsgemäß nach einer bevorzugten Ausführungsform weiter dadurch verbessert werden, dass als zweite Reinigungstufe zur Abscheidung von Flugasche bzw. Flugasche und Additiv ein Schlauchfilter an sich bekannter Konstruktion eingesetzt wird. Durch die Ablagerung der Flugasche und/oder der Additive auf der Oberfläche des Filters erfolgt eine weitere Berührung zwischen Schadgasen und noch absorptionsfähigen Additiven, so dass sich der Abscheidegrad der Schadstoffe hier weiter erhöht und das Filter somit simultan zur Flugasche-Additiv-Schadgas-and Schwermetallabscheidung dient.
Anstelle eines Schlauchfilters kann aber auch ein Elektro filter verwedet werde.
Eine optimale Einbindung der in den Rauchgasen enthaltenen Schadstoffe durch die Flugasche bzw. Flugasche und Additive kann dadurch unterstützt werden, dass Flugasche bzw. Flugasche und Additive an verschiedenen Orten des Mittel- und/oder Nidertemperaturbereichs zugegeben werden.
Durch diese in Strömungsrichtung der Rauchgase gesehen gestufte Zugabe wird das Einwirken der die Einbindung auslösenden Mittel erhöht. Diese Einwirkung kann wiederum durch die Konsistenz der Flugasche bzw. Flugasche und Additive, nämlich in supendierter und/oder trockener Form weiter beeinflusst werden.
Die bis hierher noch nicht abgeschiedenen Stickoxide sowie das restliche S02 werden erfindungsgemäß nach der Abscheidung der Flugasche bzw. von Flugasche und Additiven in einer dritten Reinigungsstufe entfernt.
In dieser weiteren Reinigungsstufe wird das Rauchgas über bzw. durch eine Schicht eines Katalysators, bevorzugt Aktivkohle oder Aktivkoks, geleitet. Zweckmäßig wird das Rauchgas durch ein mit Aktivkohle oder Aktivkoks beladenes Filter gedrückt.
Mit einem reduzierenden Gas reagieren die Stickoxide unter dem Einfluss des Katalysators unter Bildung von Stickstoff. Als reduzierendes Gas wird für praktische Zwecke vor allem Ammoniak verwendet. Bei Verwendung von Ammoniak laufen in dem Filter aus Aktivkohle/Aktivkoks gleichzeitig folgende Reaktionen ab: Bevorzugt arbeitet der Katalysator aus Aktivkohle/Aktivkoks in einem Temperaturbereich von 100 - 1500C, also in einem Bereich, der den heute üblichen Abgastemperaturen für Großkesselanlagen entspricht.
In diesem Aktivkohle/Aktivkoks-Filter erfolgt gleichzeitig auch noch die Restabscheidung insbesondere der Schwermetalle und des Flugstaubs, so dass das Rauchgas damit annäherend vollständig gereinigt wird.
Wird als reduzierendes Gas Ammoniak verwendet, so wird dieses bevorzugt als wässrige Lösung in den Rauchgas- strom eingedüst.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, dass sich die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte in besonders wirkungsvoller und wirtschaftlicher Weise ergänzen.
So liegt z.B. der Nachteil des Aktivkohle/Koksadsorbers darin, dass sich die mit allen Schadstoffen hochbeladene Aktivkohlen/Koksschicht nur mit erheblichem Aufwand desorbieren , d.h. reinigen lässt und die Verluste bzw.
der Verbrauch an Aktivkohle/Aktivkoks ,die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens als Einzelverfahren betrachtet, bedeutend mindert. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise, wobei ein großer Teil der Schadstoffe schon vor dem Eintritt in das Aktivkohlefilter entfernt werden, wird dieses weit weniger belastet. Hierdurch wird die Standzeit des Aktivkohleabsorbers verlängert; er kann gleichzeitig mit erheblich geringerem Aufwand ausgeführt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert: Es zeigen: Figur 1 ein Schema eines Dampferzeugers, bei dem aussschließlich Flugasche für die Schadstoffeinbindung im Mitteltemperaturbereich verwendet wird.
Figur 2 das Schema von Figur 1, bei dem Flugasche und Additive für die Schadstoffeinbindung im Niedertemperaturbereich verwendet werden.
Figur 3 das Schema von Figur 1, bei dem Flugasche und Additiv in suspendierter Form im Mitteltemperaturbereich und Flugasche und Additiv in trockener Form im Niedertemperaturbereich verwendet werden.
Figur 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der Additive und Flugasche im Mitteltemperaturbereich zugesetzt werden, keine Vorabscheidung von Flugasche und/oder Additiven erfolgt, sondern Rauchgas und Flugasche bzw, Flugasche und Additive den Luftvorwärmer durchströmen#.
Die Abscheidung erfolgt in dem als Gewebefilter ausgebildeten Hauptabscheider.
In Figur 1 wird den Rauchgasen aus einem beliebigen Feuerungssystem 1 des Dampferzeugers 2 unmittelbar hinter oder vor der letzten Heizfläche Flugasche zugegeben. Das Feuerungssystem kann eine Steinkohlenschmelzfeuerung, eine Feuerung mit trockenem Ascheabzug, ein Wanderrost oder ein Wirbelschichtkessel sein, jedoch auch eine feuerung oder ein anderes Feuerungssystem. In den Strahlungsheizflächen 2a ùnd den Uberhitzungsheizflächen 2b sowie den Berührungsheizflächen 2c werden die Rauchgase auf ein Temperaturniveau von etwa 300 - etwa 5000C abgekühlt. Die Flugasche entstammt einem Vorabscheider 3 und einem Hauptabscheider 4. über die Leitungen 5, 6 und 7 erfolgt der Transport der Flugasche. In den Rauchgasweg des Dampferzeugers 2 ist hinter oder vor der letzten Heizfläche eine Flugaschezugabevorrichtung 8 eingebaut, die eine erste gleichmäßige Verteilung der Flugasche im Rauchgas vornimmt. Stromabwärts ist eine weitere Mischeinrichtung 9, die auch als Nachschaltheizstrecke ausgestaltet sein kann, vorgesehen, in der neben der Fortsetzung der Durchmischung ein wesentlicher Anteil der Schadstoffeinbindung erfolgt. Die nicht für die Schadstoffeinbindung erforderliche Flugasche wird über die Leitung lo aus dem Vorabscheider 3 abgezogen. Das Rauchgas durchströmt dann den Luftvorwärmer 12.
Um eine ausreichende Menge an Flugasche für die Schadstoffeinbindung in den Bereichen 8,9 zur Verfügung zu haben, wird bei 11 die noch im Rauchgas enthaltene Schadstoffmenge gemessen und über diesen Messwert die Menge der zugegebenen Flugasche zu den Rauchgasen bei 8 gesteuert. In Strömungsrichtung hinter der Messstelle 11 ist ein Saugzuggebläse 20 angeordnet, mittels dessen die Rauchgase durch ein Aktivkohle/Aktivkoks-Filter 22 gedrückt werden. Vor diesem Filter wird bei 24 Ammoniak gleichmäßig in den Rauchgasstrom eingedüst.
Nach dem Filter 22 tritt das Rauchgas in den Schornstein 26.
In Figur 2 erfolgt eine Zugabe von Flugasche und Additiv, und zwar hinter dem Luftvorwärmer 12 über eine Vorrichtung 8a. Die intensive Mischung zwischen Flugasche und Flugasche und Additiv mit gleichzeitiger weitgehender Schadstoffeinbindung erfolgt in der stromabwärts eingebauten Mischeinrichtung 9a. Die Aufbereitung von Flugasche und Additiv erfolgt in einem Mischer 14. Dabei werden das Additiv über die Leitung 13 und Flugasche über die Leitung 7a gefördert. Die Steuerung der bei 8a eingegebenen Menge an Flugasche und Additiv wird wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 durch eine Schadstoffmessung des Rauchgases bei 11a vollzogen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 werden zur Einbindung der Schadstoffe in den Rauchgasen Flugasche und Additiv in suspendierter und in trockener Form zugegeben.
Dabei erfolgt Zugabe von Flugasche und Additiv in suspendierter Form bei 8b mit anschließender Vorrichtung 9b zur intensiven Durchmischung mit den Rauchgasen und die Zugabe von Flugasche und Additiv in trockener Form bei 8c mit anschließender Mischeinrichtung 9c. Die suspen- dierte Flugasche und Additiv werden in einem Mischer erzeugt, wobei Flugasche über die Leitung 7b, Additiv über die Leitung 13a und Wasser über die Leitung 16 zugeführt werden. Aus dem Mischer 15 wird die Suspension über die Leitung 17 mit Pumpe 18 der Eingabestelle 8b zugeführt.
Dieser Zugabeort ist durch einen Mitteltemperaturbereich gekennzeichnet. Der Zugabeort für die Flugasche und Additiv in trockener Form liegt bei 8c und ist durch einen Niedertemperaturbereich gekennzeichnet. Die Zugabeart erfolgt in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel der Figur 2. Der Austrag von Flugasche aus dem Vorabscheider 3b geschieht über Leitung lob. Die Menge der an den verschiedenen Zugabeorten 8b und 8c den Rauchgasen beigemischten Mittel - Flugasche und Additiv in suspendierter Form bzw. Flugasche und Additiv in trockener Form - wird wie bei den in den Figuren 1 und 2 beschriebenen Verfahren über den in den Rauchgasen bei 11b gemessenen Schadstoffanteil gesteuert.
Figur e zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Rauchgase nach Durchströmen des Luftvorwärmers 12, in dem eine nochmalige gute Durchmischung erfolgt,durch den Rauchgaszug zur Filteranlage 4 strömen, die entweder als Elektrofilter, vorzugsweise aber als Schlauchfilter ausgestaltet ist. Die abgeschiedene Flugasche und/oder Additive werden aus dem Filter i abgezogen und zur Einblasstelle 8 des Kessels zurückgeführt. Bei 28 werden frische Additive zugeführt, bei lo wird eine entsprechende Menge von Flugasche und/oder Additiven aus dem Kreislauf ausgeschleust.
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Claims

P a t e n t a n#s##r#ü c h e 1. Verfahren zur trockenen Abscheidung von in Rauchgasen enthaltenen gasförmigen Schadstoffen durch Zumischen der Flugasche mit den in ihr enthaltenen Mineralstoffen nach Abscheidung in einem Filter in trockener und/oder suspendierter Form, gegebenenfalls unter Zugabe von bekannten Additiven zu den aus der Feuerung kommenden Rauchgasen, vorzugsweise Rauchgasen im mittleren (300 - 500°C) und/oder des niederen (150 - 3000C) Temperaturbereichs nach Patent ... (Patentanmedung P 33 08 927.2-43), dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas nach Abscheidung der Flugasche oder des Gemischs aus Flugasche und Additiven mit einem reduzierenden Gas, vorzugsweise Ammoniak, behandelt und die Mischung aus Rauchgas und reduzierendem Gas durch eine Schicht A-Kohle oder A-Koks unter Entfernung der Stickoxide, des restlichen S02 sowie der Schwermetalle und des Flugstaubs geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugasche oder das Gemisch aus Flugasche und Additiven in einem Schlauchfilter abgeschieden wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Dampferzeuger die Flugasche oder Flugasche und Additive im Bereich zwischen Kesselheizflächenende und Eintritt Luftvorwärmer und/oder im Bereich zwischen Luftvorwärmer und Filtereingang zugegeben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass Additive und/oder Flugasche im Kreuz-, Gegen- oder Gleichstrom in das Rauchgas eingedüst werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugasche oder Flugasche und Additive den Rauchgasen an verschiedenen Stellen zwischen Mittel- und Niedertemperaturbereich zugegeben werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im mittleren Temperaturbereich Flugasche beziehungsweise Flugasche und Additive in supendierter Form und im Niedertemperaturbereich Flugasche bzw. Flugasche und Additive in trockener Form zugemischt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die den Rauchgasen zugegebene Menge an Flugasche bzw. Additiven und Flugasche in Abhängigkeit von den restlichen Schadgasen im Rauchgas vor Eintritt in den Schornstein gewählt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dassFlugasche bzw. Flugasche und Additive mehrmals dem Rauchgas zugegeben werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass im mittleren und niederen Temperaturbereich in Strömungsrichtung hinter dem Zugabeort für Flugasche bzw. Flugasche und Additive Rauchgase mit Flugasche bzw. Flugasche und Additiven intensiv durchmischt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der Mischzone von Rauchgasen mit Flugasche bzw. Flugasche und Additiv eine Vorabscheidung von Flugasche bzw. Flugasche und Additiv erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugasche bzw. Flugasche und Additive aus den verschiedenen Abscheidesystemen entsprechend ihrer Beladefähigkeit mit Schadstoffen mengenmäßig gemischt und den verschiedenen Zugabeorten ganz oder teilweise wieder zugeführt bzw. ausgetragen werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas mit Temperaturen von etwa 100 - 1500C über den Aktivkohle/Aktivkokskatalysator geleitet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass Ammoniak als wässrige Lösung in das Rauchgas eingedüst wird.