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Die bereits seit vielen Jahren in verschiedenen Industrieländern
im Einsatz befindlichen Naßentschwefelungsanlagen, die sich nur durch unterschiedliche
Wäschertypen unterscheiden, gelten weltweit als praxiserprobte Technologie für Großfeuerungsanlagen.
Der Nachteil der Naßentschwefelung liegt bei den sehr hohen Investitions- und Betriebskosten,
die stets bei Kraftwerken eine empfindliche Erhöhung der Stromabgabepreise zur Folge
haben. Die bisher eingesetzten Trokkenentschwefelungsverfahren, bei denen das bei
der Verbrennung entstehende SOx im oder nach dem Feuerungsraum an dem Rauchgas zugeführte
Additive gebunden und mit der Asche abgeführt wird, arbeiten noch unbefriedigend
in bezug auf die vorgeschriebenen Emissions-Höchstwerte, die bei Großfeuerungsanlagen
selten oder kaum erreicht werden. Auch sind die Betriebskosten relativ hoch.
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Bei den bekannten Entschwefelungsverfahren, bei de-
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nen die Entschwefelung stets im oder nach dem Feuerungsraum stattfindet,
muß beachtet werden, daß sowohl Kesselanlage als auch Rauchgasabzug aus Materialien
bestehen müssen, die den agressiven SOx-Anteilen des Rauchgases standhalten. Bei
der Konzeption einer solchen Kesselanlage müssen also höhere Materialpreise in Kauf
genommen werden.
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Eine weitere Methode, SOxarme Rauchgase in Feuerungsanlagen durch
eine Entschwefelung der Brennstoffe zu erzielen, wird in einer älteren Patentanmeldung
DE-OS 3325570 »Verfahren und Vorrichtung zum Entschwefeln von Feststoffe enthaltenden
Substanzen« beschrieben.
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Nach einem Ausführungsbeispiel sollen Kohle und Kalk gemeinsam mechanisch
in einem Desintegrator zerkleinert und anschließend dieses Kohle-Kalk-Gemisch in
einer Reaktionskammer für eine ausgewählte Reaktionszeit auf einer ausgewählten
Reaktionstemperatur zwischen 600"C und 800"C gehalten werden. Insbesondere soll
bei der abgegebenen Reaktionstemperatur, zu deren Erreichung vor allem die Abwärme
des Rauchgases benutzt werden soll, die Reaktionszeit so gewählt werden, daß es
in der Reaktionskammer zu einer Entschwefelung des Brennstoffes kommt.
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Dieses entschwefelte »Gemisch« soll dann durch Rauchgas in die Brennkammer
gefördert werden, in der die Versinterung und damit eine Ausfällung des bei der
Entschwefelung entstandenen Gipses erfolgen soll.
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Vor allem wegen ihrer unterschiedlichen spezifischen Gewichte sowie
ihrer unterschiedlichen Härtegrade und Hardgrove-Werte lassen sich Kohle und Kalk
nicht gemeinsam in einem Desintegrator nach der in der älteren Patentanmeldung angegebenen
DE-OS 3034849 behandeln. Die Zerkleinerungsarbeit in einem Desintegrator der angegebenen
Art erfolgt durch zwangsgesteuerte Prallvorgänge Korn auf Korn bei Prallgeschwindigkeiten
über 100 m/s. Hierbei behindern sich Kohle und Kalk gegenseitig. Es kommt zu hohen
Anteilen von grobem Spritzkorn, die den Verbrennungsvorgang stark negativ beeinflussen.
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Nach der älteren Anmeldung werden bei der Reaktionstemperatur zwischen
600"C und 800"C die flüchtigen brennbaren Bestandteile der Kohle in hohem Maße freigesetzt,
so daß als feste Bestandteile des Gemisches im wesentlichen zündunwilliger Schwelkoks
mit den in der Kohle vorhandenen Ballaststoffen sowie der zur Schwefelanbindung
angegebene Kalk zurückbleiben.
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Das gemeinsame Einblasen dieser entgasten festen Bestandteile und
der leicht entflammbaren reinen flüchtigen Bestandteile der Kohle in die Brennkammer
hätte aber erhebliche Probleme bei der Steuerung des Verbrennungsprozesses zur Folge.
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Weiterhin kann nach der Angabe in der älteren Anmeldung, daß nach
der Entschwefelung des »Gemisches« es mit seinen Gasen in die Brennkammer gefördert
wird und dort die Versinterung und damit die Ausfällung des bei der Entschwefelung
entstandenen Gipses erfolgt, das Gemisch nur unzureichend entschwefelt werden. Es
kann im Reaktor kaum SO2 entstehen und somit CaO nicht in CaSO4 umgesetzt werden,
weil die Entschwefelung in einer O2-armen Inertgasatmosphäre erfolgen muß, um eine
Selbstzündung des Gemisches zu verhindern. Gips, CaSO4 + 2 H2O kann bei der Entschwefelung
der Rauchgase entstehen, wobei man davon ausgeht, daß Calciumoxid mit SO2 und dem
überschüssigen Sauerstoff oder mit SO3 zu Calciumsulfat reagiert,
CaO + SO2 + 1/2
O2 < CaSO4 (1) CaO + SO3 b CaS04 (2) Gips = CaSO4 + 2 H20 welches sich in der
Asche ansammelt. Wird nicht Calciumoxid direkt, sondern Calciumhydroxid oder Kalk
als Additiv eingesetzt, müssen sich diese zuvor zersetzen: Ca(OH)2 CaO + H20 (3)
CaCO3 CaO + CO2 (4) Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der änmeldungsgemäßen Gattung zur Entschwefelung fossiler Brennstoffe vor einer
Feuerungsanlage sowie eine Vorrichtung anzugeben, mit denen sich in der Brennkammer
der entschwefelte Brennstoff verbrennen und der vorher von ihm abgetrennte Schwefel
unwirksam machen lassen, ohne daß dabei nennenswerte SOx-Mengen entstehen.
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Es wurde gefunden, daß sich diese Aufgabe in einfacher Weise dann
lösen läßt, wenn der Brennstoff und das Additiv in getrennten Desintegrationsverfahren
aufbereitet werden, wobei die Korngröße des Additivs mindestens 50% unter 30 um
und die Korngröße des Brennstoffes mindestens 50% unter 40 um betragen, wenn danach
dem desintegrierten Brennstoff wenigstens die vierfache Menge seines Schwefelgehaltes
an frisch aufbereitetem Additiv beigemischt wird, wenn anschließend dieses Brennstoff-Additiv-Gemisch
in einer sauerstoffarmen Inertgasatmosphäre unter einem steuerbaren Überdruck und
bei einer Temperatur von 5000 C bis 600"C unter Aufrechterhaltung der Vermischung
zu einem Fließbett und/oder als Wirbelbett ausgebildeten Reaktor transportiert wird,
in dem in einer sauerstoffarmen Inertgasatmosphäre innerhalb eines Temperaturbereiches
von 500"C bis 600"C die Verweildauer des Gemisches dem ablaufenden thermodynamischen
und reaktionskinetischen Schwefelübertragungsprozeß angepaßt wird, woraufhin der
in die Brennkammer eingeblasene, weitgehend von Schwefel befreite Brennstoff bei
einer Temperatur verbrannt wird, bei der die Beladung der Additiv-Partikel mit Schwefeldampf
bzw. gasförmigen Schwefelverbindungen erhalten bleibt, die Sintertemperatur für
eine schockartige Versinterung jedoch erreicht wird.
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Mit dem im Anspruch 1 und in den Unteransprüchen 2-9 gekennzeichneten
Verfahren ist es möglich, in industriell durchführbarer Weise schon vor der Brennkammer
den Schwefelgehalt aus dem Brennstoff fast vollständig auszutreiben.
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Die Desintegration des Brennstoffes, beispielsweise der Kohle, erfolgt
in einem Desintegrationsverfahren unter optimalen Bedingungen. Insbesondere sind
die technischen Daten des Desintegrators auf die jeweils zu zerkleinernde Kohle
eingestellt.
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Die Desintegration des Additivs hingegen findet ebenfalls in einem
Desintegrator, jedoch in einem unabhängigen Desintegrationsverfahren statt. Auch
hierbei sind die Daten des Desintegrators auf das jeweils verwendete Additiv eingestellt.
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Mit Vorteil werden in beiden Fällen Desintegratoren gemäß der DE-OS
30 34 849.3 verwendet. Die im getrennten Desintegrationsverfahren aufbereiteten
Brennstoffe und Additive werden danach miteinander vermischt, wobei dem feinteiligen
Brennstoff eine seinem Schwefelgehalt entsprechende Menge frisch aufbereitetes feinkörniges
Additiv - keinesfalls abgelagertes, bereits gealtertes Additiv-Pulver - beigemischt
wird.
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Das Gemisch aus feinteiligem Brennstoff und hochaktivein Additiv
wird dann bei einer Temperatur zwischen 500"C und 600"C in einer Überdruckatmosphäre
bis zu 6 bar zu einem als Vorlaufstrecke ausgebildeten Reaktor transportiert. Dieser
Überdruck ist erforderlich, um eine Entgasung des Brennstoffes in der Transportleitung
bis zum Reaktor zu verhindern. Aus baulichen Gegebenheiten hängt die Länge der Transportleitung
von dem Abstand der Additiv-Beladungsstation von der Brennkammer ab. (Aus Sicherheitsgründen
wird die Desintegration des Brennstoffes und des Additivs zu Feinstaub meistens
nicht in der Nähe der Brennkammer vorgenommen.) An der Einmündung der unter Überdruck
stehenden Transportleitung in den Reaktor wird der Transportdruck (regelbar) durch
den vergrößerten Querschnitt der Vorlaufstrecke von einer Regeleinrichtung schlagartig
entspannt. In der Vorlaufstrecke mit ihrer regelbaren Temperatur und Verweilzeit
läuft daraufhin ein thermodynamischer und reaktionsltinetischer Prozeß ab, mit dem
die Übertragung des Schwefels vom Brennstoff an das Additiv, jeweils an die chemo-physikalischen
Eigenschaften des Brenstoff-Additiv-Gemisches angepaßt, vollzogen wird.
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Hierbei hält sich die Freisetzung von flüchtigen Bestandteilen des
Brennstoffes in solchen Grenzen, daß der Verbrennungsablauf in keiner Weise negativ
beeinflußt werden kann.
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Der weitgehend von seinem Schwefelgehalt befreite feinkörnige feste
Brennstoff wird zusammen mit seinen in geringem Umfang freigesetzten flüchtigen
Bestandteilen und den schwefelbeladenen Additiv-Partikeln über eine Icurze Förderleitung
hinter der Vorlaufstrecke dem Brenner zugeführt und dort mit Verbrennungsluft angereichert
in die Brennkammer eingeblasen.
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Durch das Einblasen der in der Vorlaufstrecke bereits auf eine Temperatur
zwischen 500"C und 600"C aufgeheizten, sehr feinkörnigen Additiv-Partikel in die
heiße Flammenzone der Brennkammer wird das Additiv schockartig versintert und damit
»versiegelt«, zusammen mit den nicht brennbaren Ballaststoffen des Brennstoffes,
der Asche zugeführt. Für diesen Prozeßablauf muß eine Verbrennungstemperatur über
1250"C gefahren werden. Von Vorteil ist, wenn die obere Temperatur in der Brennkammer
so gesteuert wird, daß die Haftung der Schwefel-Partikel am Additiv erhalten bleibt.
Der physikalisch-chemische Anbindungsprozeß zwischen Schwefel und den verschiedenen
Additiven ist noch weitgehend ungeklärt. Fest steht jedoch, daß sich die Bindung
löst, wenn durch einen thermodynamischen Prozeß Schwefelmoleküle wieder in einzelne
Schwefel-Atome zerlegt werden.
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Bekannterweise durchläuft der Schwefel bei Temperaturerhöhung mehrere
allotrope Modifikationszustände. Bei 444,6° C geht der Schwefel in den dampfförmigen
Zustand über. Bei 2000"C besteht die dampfförmige Phase fast nur noch aus einzelnen
Schwefel-Atomen (Lit. Meyers-Enzyklopädi, Bd. 21,S. 395/396).
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In der niedriger temperierten Rauchgaszone kann es durch Zufuhr von
Energie wieder zum Aufbau von Schwefelmolekülen und durch Reaktion mit im Rauchgas
enthaltenen Restsauerstoff zu einer SO2-Bildung kommen. Solche schadstoffbeladene
Rauchgas-Immission wird durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden.
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Durch das neue Verfahren lassen sich gasförmige, oder zumindest bei
der'einstellbaren Temperatur gas-
förmige Schwefelverbindungen, H2S oder organische
Schwefelverbindungen an ein Additiv übertragen.
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Wichtig ist, daß durch die Druck- und Temperaturführung in der Vorlaufstrecke
eine Verkokung des Brennstoffes, d. h. eine ungewollte vollständige Entgasung schon
vor dem Verbrennungsraum verhindert werden kann.
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Da das Feststoff-Additiv selbst nicht brennbar ist, kann es aufgrund
seiner besonderen Reaktionsfähigkeit verdampften Schwefel oder gasförmige Schwefelverbindungen
bei dem vorgegebenen Verbrennungstemperaturspektrum so festhalten, daß eine Desorbtion
nicht erfolgt. Von Vorteil ist dabei, daß Brenner, Schornstein und Rauchgasabzug
aus weniger gutem Material bestehen können, da sie nicht - wie bisher - dem aggressiven
SO2-Einfluß ausgesetzt sind.
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Erfindungsgemäß ist es möglich, eine nahezu vollwertige Entschwefelung
fossiler Brennstoffe vor dem Brenner zu erreichen. Unter besonderen vorgegebenen
Bedingungen kann auch noch eine zusätzliche Restentschwefelung des Rauchgases nach
der Brennkammer erfolgen.
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Besonders gute Ergebnisse erzielt man, wenn hochaktive schwefelbindende
Additive verwendet werden, die mittels eines Turbo-Desintegrationsverfahrens frisch
aufbereitet sind.
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Das Austreiben des Schwefels aus dem Brennstoff und ein günstiger
Reaktionsablauf zwischen dem ausgetriebenen Schwefel und dem Additiv werden dadurch
gefördert, daß der Schwefelübertragungsprozeß in einer Wirbelzone stattfindet, deren
Turbulenzen optimale Reaktionszonen bilden.
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Die Anlage zum Erzielen SO" armer Rauchgase beim Betrieb von Feuerungsanlagen
zur Durchführung des Verfahrens mit einer Einrichtung zum Injizieren von Mischungen
aus feinkörnigen und entschwefelten Brennstoffen und feinkörnigen mit Schwefel beladenen
Additiv-Partikeln in die Brennkammer und mit einer Temperatur- und Verweildauer
geregelten gasdicht als Reaktor ausgebildeten Vorlaufstrecke und mit einer Entaschungsanlage,
durch die - mit der Asche - auch die mit dem Schwefel beladenen versinterten Additiv-Partikel
abgeführt werden, weist ein als Zwischenspeicher für ein inniges Gemisch aus in
getrennten Desintegrationsverfahren aufbereiteten Brennstoff- und Additiv-Partikeln
ausgebildetes Drucksendegefäß auf. Dieses Drucksendegefäß ist einerseits über eine
Transportgasleitung, in der ein Verdichter, ein Wärmetauscher sowie Steuerventile
vorgesehen sind, mit einer Rauchgasentnahme verbunden und steht andererseits über
eine Anordnung zum Beladen dieses Transportgases mit dem Gemisch aus Brennstoff-
und Additiv-Partikeln und über eine weitere Transportgasleitung mit einer aufheizbaren,
als Fließbett-Reaktorstrecke und/oder Wirbelbett-Reaktorstrecke ausgebildeten Vorlaufstrecke
in Verbindung, vor und/oder in der durch Drossel- bzw.
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Umlenkvorrichtungen und/oder Dosiervorrichtungen die Verweildauer
des Gemisches in der Wirbelzone bei entspanntem Förderdruck steuerbar ist.
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Die Temperatur innerhalb der Vorlaufstrecke muß oberhalb der Gleichgewichtstemperatur
von Schwefel und seinem Dampf zwischen 500"C und 600"C eingestellt sein.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Anlage ergeben sich aus
den Ansprüchen 11-24.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich eine optimale Entschwefelung
des Brennstoffes ermöglichen, ohne daß vor der Brennkammer eine vollständige
Entgasung
der Kohle herbeigeführt wird. Die Parameter für den ordnungsgemäßen Ablauf des Entschwefelungsprozesses
lassen sich erfindungsgemäß, beispielsweise der Kohle entsprechend - durch viele
Steuer-bzw. Regelmittel optimal einstellen.
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Ausführungsbeispiele von Anlagen nach der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein prinzipielles Verfahrensfließbild
und F i g. 2 ein Verfahrensfließbild eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der
Erfindung.
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F i g. 1 zeigt schematisch eine Kesselanlage 1, von der ein Verbrennungsraum
2 und ein Rauchgasabzug 6 vereinfacht dargestellt sind. Oberhalb des Verbrennungsraumes
2 ist beispielsweise eine Verdampferrohrleitung 3 angedeutet.
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Eine Brennereinrichtung 4 wird über eine Verbrennungsluftzufuhrleitung
11 und ein Fördergebläse 12 auf übliche Weise mit Verbrennungsluft versorgt.
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Unterhalb des Verbrennungsraumes 2 ist schematisch eine an sich bekannte
Entaschungsanlage 5 angedeutet.
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Im Rauchgasabzug 6 sind ein Staubabscheider 7 und ein üblicher SO2-Messer
8 vorgesehen.
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Der Brennereinrichtung 4 wird über eine Transportgasleitung 9 der
erforderliche Brennstoff in Form von Gas bzw. Kohlepartikeln aus einer Vorlaufstrecke
27 zugeführt, in welcher gasförmigen bzw. festen fossilen Brennstoffen der eingebundene
organische Schwefel entzogen wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die
Vorlaufstrecke 27 eine Doppelwandung 28 auf, die über eine Heizgasleitung 26 und
einen Wärmeaustauscher 25 im Verbrennungsraum 2 sowie über eine weitere Heizgasleitung
24 an einer Rauchgasentnahme 13 im Rauchgasabzug 6 angeschlossen ist. Über die Rauchgasentnahme
13 wird hinter dem Staubabscheider 7 inertes Rauchgas mittels eines Gebläses 15
entnommen, hinter dem sich die Rauchgasleitung 14 in die bereits erwähnte Heizgasleitung
24 und eine Transportgasleitung 16 aufteilt, die später erläutert wird.
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Im Wärmetauscher 25 wird ein Heizgasanteil der entnommenen Rauchgasmenge
zum Aufheizen der Vorlaufstrecke 27 auf eine gewünschte Temperatur aufgeheizt. Normalerweise
herrscht in der Vorlaufstrecke eine hinreichend hohe Temperatur, bei der die Schwefelbestandteile
aus dem Brennstoff ausgetrieben werden, ohne daß dabei der Brennstoff, beispielsweise
die Kohle, entgast. Je nach Größe der Vorlaufstrecke 27 und des verwendeten Additivs
zur Aufnahme der aus dem Brennstoff ausgetriebenen Schwefelanteile wird jedoch die
Temperatur innerhalb der Vorlaufstrecke 27 zwischen 500° und 600"C, also oberhalb
der Siedetemperatur des Schwefels, gehalten. Die Einregulierung der jeweils benötigten
Temperatur erfolgt mittels an sich bekannter Temperaturregler, die hier im einzelnen
nicht erläutert werden.
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Innerhalb der Vorlaufstrecke 27 und des durch die Doppelwandung 28
abgeteilten Reaktionsraumes ist ein an sich bekanntes Schwebe-Wirbel- bzw. Fließbett
29 angeordnet, welches über eine Einlaßleitung 30 und ein Steuerventil 31 an die
Transportgasleitung 16 angeschlossen ist. Die durch das Gebläse 15 abgesaugte Rauchgasmenge
gelangt über die Transportgasleitung 16 und einen Ansaugfilter 17 zu einem Verdichter
18 und anschließend über ein Steuerventil 23 über das Steuerventil 31 in die Einlaßleitung
30 bzw. über eine abgezweigte Leitung an einen Transportgaseinlaß 47 an einem Drucksendegefäß
44.
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Parallel zum Steuerventil 23 ist ein Wärmetauscher
20 für das Transportgas
vorgesehen, welcher - wie der Wärmetauscher 25 - im Verbrennungsraum 2 angeordnet
sein kann. Mittels des Steuerventils 23 kann die Temperatur des Transportgases,
welches für das Schwebe-Wirbel- bzw. Fließbett 29 abgezweigt wird und auch an den
Transportgaseinlaß 47 gelangt, auf an sich bekannte Weise eingestellt bzw. gesteuert
werden. Hierbei ist zu beachten, daß die dem Rauchgasabzug entnommenen entstaubten
Rauchgase schon eine nicht unbeträchtliche Anfangstemperatur aufweisen. Das Transportgas
braucht also nicht ab der relativ kalten Umgebungstemperatur aufgeheizt zu werden.
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Die Temperatur des Transportgases wird zwischen 500"C und 600"C eingestellt.
Die Temperaturregelung erfolgt beispielsweise durch eine später erläuterte Anordnung
55.
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Die durch die Einlaßleitung 30 in die Vorlaufstrecke 27 gelangenden
Gase werden auf übliche, an sich bekannte Weise zur Bildung eines Schwebe-Wirbel-
bzw.
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Fließbettes 29 verwendet, dessen Intensität durch das Steuerventil
31 beeinflußt werden kann.
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Außerdem kann innerhalb der Vorlaufstrecke 27 eine weitere an sich
bekannte Dosiervorrichtung 39 vorgesehen sein, mit der eine weitere Beeinflussung
des Schwebe-Wirbel- bzw. Fließbettes innerhalb der Vorlaufstrekke 27 möglich ist.
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Die innig vermischten Brennstoff- und Additivpartikel werden der
Vorlaufstrecke 27 aus einem an sich bekannten Drucksendegefäß 44 mit einem Einlaßschieber
45 und einem Auslaßschieber 46 zum sicheren Absperren zugeführt, welches seinerseits
über eine Förderleitung 42 an eine in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung
nicht erläuterte, an sich bekannte Mischvorrichtung für Kohlenstaub- und Additivpartikel
angeschlossen ist Über eine Zusatzleitung 43 mit einem entsprechenden Steuerventil
48 kann in die Förderleitung 42 nach Bedarf zusätzlich Additiv eingeführt werden.
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Von Vorteil ist, wenn vor dem Auslaßschieber 46 eine Drossel- bzw.
Dosiervorrichtung 38 vorgesehen ist.
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Alle Steuerventile, vorzugsweise die Steuerventile 23, 31, 48, aber
auch die Dosiervorrichtung 38, können bei.
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spielsweise über eine allgemein mit 55 bezeichnete Steuer- bzw. Regelvorrichtung
von dem SO2-Messer 8 im Rauchgasabzug 6 beeinflußt werden, so daß sich die Reaktionen
in der Vorlaufstrecke, d. h. die Entschwefelung des Brennstoffes und die Einbindung
der Schwefelbestandteile in die Additivpartikel, von den SO2-Meßwerten im Rauchgasabzug
6 steuern lassen.
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Sollten beispielsweise die SO2-Werte ansteigen, kann über das Steuerventil
48 mehr Additiv dem Gemisch in der Leitung 42 zugesetzt werden. Durch ein beispielsweise
in der Vorlaufstrecke 27 angeordnetes Thermometer 21 läßt sich die Temperaturführung
über die Steuer- bzw. Regelanordnung 55 beeinflussen, in dem diese auf die Steuerventile
23 und/oder 31 einwirkt. Die Steuer- bzw. Regelanordnung 55 steht auch mit den Dosiervorrichtungen
38 und 39 in Wirkverbindung, um die Verweilzeit in der Vorlaufstrecke 27 zu beeinflussen.
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Ohne am Kern der Erfindung etwas zu ändern, kann die Steuerung bzw.
Regelung der Brennstoffentschwefelung vor dem Verbrennungsraum 2 auch durch einen
anderen Regelanstoß oder auch von Hand erfolgen.
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In F i g. ist ein ganz allgemeines Verfahrensfließbild zur Erläuterung
des neuen Verfahrens zur Entschwefelung von Brennstoff und einer dafür geeigneten
Vorrichtung dargestellt. Wichtig ist, daß zwischen der Vorlaufstrecke 27 und der
Brennereinrichtung 4 kurze Leitungen vorgesehen sind, damit sich der Brennstoff
und
das Additiv nicht wieder abkühlen. Das Fließbild gemäß F i g.
1 läßt erkennen, daß sich mit relativ einfachen Mitteln das neue Brennstoff-Entschwefelungsverfahren
mit Hilfe der erläuterten Vorrichtung mit Vorteil sowohl an neuen Kesselanlagen,
aber auch an vorhandenen Kesselanlagen 1 einsetzen läßt. In allen Anwendungsfällen
erfolgt eine weitgehende bis vollständige Entschwefelung der Brennstoffpartikel
vor der Brennereinrichtung 4. Hierdurch werden die SOn-Immissionen im Verbrennungsraum
und im Rauchgasabzug 6 sowie die dadurch bedingten Verschmutzungen und Zerstörungen
dieser Teile der Kesselanlage auf ein Mindestmaß herabgesetzt bzw. ganz vermieden.
Ein Abblasen von SO2 an die Atmosphäre findet nicht statt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun in Verbindung
mit einem Verfahrensfließbild gemäß F i g. 2 erläutert.
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Soweit in einer Anlage nach Fig. 2 die gleichen Vorrichtungsteile
wie in der Anlage nach F i g. 1 eingesetzt werden, und sich auch die entsprechenden
Umsetzungen od. dgl. abspielen, wird auf die vorangehende Beschreibung verwiesen.
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Neu gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel ist, daß in der Transportgasleitung
116 hinter dem Verdichter 18 ein Vorratsbehälter 119 für verdichtetes Transportgas
vorgesehen ist, an dessen Ausgang ein Steuerventil 54 für das Transportgas angeschlossen
ist. In dem an das Steuerventil 54 angeschlossenen Teil der Transportgasleitung
16 kann ein Sauerstoffmesser 56 vorgesehen sein, der, wenn der Sauerstoffgehalt
in der Fördergasleitung 16 zu hoch wird, über ein Steuerventil 51 eine Inertgasquelle
50 zu- und abschaltet, um mehr oder weniger Inertgas in die Transportgasleitung
16 einzuschleusen. Hierdurch wird sichergestellt, daß sich das Gemisch aus Brennstoff-
und Additivpartikeln nicht noch in der Vorlaufstrecke entzünden kann.
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Hinter einem weiteren Steuerteil 52 teilt sich die Transportgasleitung
16. Eine Bypassleitung 41 ist über eine Heizeinrichtung 37 geführt, in der das Fördergas
aufgeheizt wird.
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Über ein Mischventil 53 zweigt eine Leitung 40 für normal temperiertes
Fördergas ab, welche sich mit der Bypassleitung 4t vor dem Transportgaseinlaß 47
in das Drucksendegefäß 44 wieder vereint. Das Steuerventil 52 und das Mischventil
53 lassen sich durch eine Steuervorrichtung, beispielsweise durch die vom SO2-Messer
8 beeinflußbare Steuervorrichtung 55 betätigen, um die Temperatur des Transportgases
für die innig vermischten Brennstoff- und Additivpartikel einzustellen. Die Heizeinrichtung
37 kann im Kesselraum 2 angeordnet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist
sie in einer Doppelwand 36 eines Wirbelbett-Reaktors 32 eingebaut, die über die
Heizgasleitung 26 aufgeheizt wird, in der ein Regulierventil 58 vorgesehen ist,
welches beispielsweise von einem Thermometer 57 im Wirbelbett-Reaktor 32 steuerbar
ist.
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Die Temperatur im Wirbelbett-Reaktor wird in Abhängigkeit von den
jeweils verfeuerten Brennstoffen eingestellt. Prinzipiell muß die Temperatur so
hoch eingeregelt werden, daß mit Sicherheit die Schwefelbestandteile aus den Brennstoffpartikeln
entweichen. Von Vorteil ist, wenn die Temperatur innerhalb des Wirbelbett-Reaktors
oberhalb des. Siedepunktes von Schwefel liegt. Rasche und gute Ergebnisse lassen
sich erzielen, wenn die Temperatur innerhalb des Wirbelbett-Reaktors zwischen 5000
C und 6000 C eingehalten wird.
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Ein Einlaß 33 des Wirbelbett-Reaktors 32 ist über eine an die Steuer-
bzw. Regelvorrichtung 55 ange-
schlossene Reguliereinrichtung 34 und/oder über eine
Dosiervorrichtung 39 an den Auslaß des Drucksendegefäßes 44 angeschlossen.
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Innerhalb des temperaturgeführten Wirbelbett-Reaktors 32 ist eine
Drossel- bzw. Umlenkeinrichtung 38 angeordnet, hinter der sich ein Wirbelbett 35
aus dem mit den innig vermischten Brennstoff- und Additivpartikeln beladenen Transportgas
ausbildet. Im Wirbelbett werden die Schwefelbestandteile aus dem Brennstoff ausgetrieben
und vom Additiv aufgenommen. Die hierfür erforderliche Verweilzeit läßt sich über
die Reguliereinrichtung 34 und/oder über die Dosiervorrichtung 39 beispielsweise
von der Steuer- bzw. Regelanordnung 55 einstellen. Infolge der Temperaturführung
und der einstellbaren Verweilzeit sättigt sich das Additiv mehr oder weniger mit
den Schwefelbestandteilen. Sollten die Schwefelbestandteile, die aus dem Brennstoff
ausgetrieben worden sind, nicht in dem erforderlichen Umfang vom Additiv aufgenommen
werden, bilden sich bei der Verbrennung im Kesselraum SO2-Bestandteile, die vom
SO2-Messer angezeigt werden. Dieser veranlaßt dann, daß entweder über das Steuerventil
48 mehr Additiv-Pulver in die Leitung 42 eingegeben wird oder aber, daß die Verweilzeit
in dem Wirbelbett-Reaktor verlängert oder die Reaktionstemperatur erhöht werden.
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In die Förderleitung 42 für die innig vermischten Brennstoff- und
Additivpartikel kann über eine Zusatzleitung 43 und über ein Steuerventil 48 eine
zusätzliche Menge Additivpartikel eingegeben werden. Das Steuerventil 48 ist im
dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls an die Steuer- bzw. Regelvorrichtung
55 angeschlossen, um stets den für die Entschwefelung notwendigen Überschuß an Additivpartikeln
im Gemisch sicherzustellen. Erforderlich ist, daß wenigstens die vierfache Menge
des im Brennstoff eingebundenen Schwefels an Additivpartikeln für die Einbindung
der Schwefelbestandteile zur Verfügung steht.
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Ohne am Kern der Erfindung etwas zu ändern, können die in den F i
g. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen auch miteinander kombiniert werden, wenn
es der verwendete Brennstoff erfordert, daß hinter dem Wirbelbett-Reaktor 32 in
einer Reaktionsstrecke 27 eine Restentschwefelung des Brennstoffes vorgenommen werden
muß, bevor im Brennerraum 2 eine schädliche Verbrennung des Schwefels zu SO2 erfolgt.
Als Brennstoff werden beispielsweise Kohlenstaubpartikel eingesetzt, die mittels
des Turbo-Desintegrationsverfahrens mit Prallgeschwindigkeiten von über 100 m/sec
und einer Korngröße möglichst 50% unter 40 u aus Kohle aufbereitet worden sind.
Besonders gute Ergebnisse erzielt man, wenn die Aufbereitung der Kohlepartikel bei
Prallgeschwindigkeiten über 200 m/sec erfolgen. Hierdurch erreicht man hinsichtlich
des Austreibens der Schwefelbestandteile bei den angegebenen Temperaturen einen
»hochaktiven« Kohle-Brennstoff. Die Kohlepartikel-Oberflächen sind nicht - wie beispielsweise
bei einer Zerkleinerung der Kohle in Kugelmühlen - verdichtet, sondern zur Vorbereitung
einer wirkungsvollen Entschwefelung »aufgebrochen«. Die in den Vorlaufstrekken nach
der Erfindung praktizierte Temperaturführung bewirkt lediglich ein Austreiben der
Schwefelbestandteile, nicht aber eine Entgasung des Brennstoffes.
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Ober die kurzen Strecken zwischen den Vorlaufstrekken und dem Brennerraum
in den Kesselraum 2 geführten Brennstoffpartikel sind demnach nicht verkokt, sondern
vollwertiger, vom Schwefel befreiter Brennstoff.
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Hochaktive schwefelbindende Additive, beispielsweise Kalksteinmehl,
Branntkalkmehl oder Calciumhydroxid
-Pulver erhält man ebenfalls
durch eine Aufbereitung dieser Additive mittels des Turbo-Desintegrationsverfahrens
bei hohen Aufprallgeschwindigkeiten bis über 200 m/sec. Bei dieser Aufbereitung
erzielt man Korngrößen von 50% über 30 pu Die Additivpartikel haben nicht, wie bei
einer Zerkleinerung in Kugelmühlen, eine verdichtete Oberfläche, sondern das Additiv
ist hochaktiv und kann sich bei den eingehaltenen Temperaturen und während der einstellbaren
Verweilzeit mit den ausgetriebenen Schwefelbestandteilen sättigen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt es zu, ohne Schwierigkeiten
auf unterschiedliche Brennstoffe eingestellt zu werden. Man ist imstande, die Bestandteile
von Brennstoffpartikeln und Additivpartikeln im Gemisch zu variieren und auch die
Temperaturführung und die Verweilzeit in den Vorlaufstrecken optimal an den Brennstoff
und seinen Schwefelgehalt anzupassen.
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Durch Entnahme des Transportgases aus dem Rauchgasabzug 6 steht schon
sauerstoffarmes Gas für die pneumatische Förderung zur Verfügung. Das Gemisch kann
sich nicht entzünden. Sollte der Sauerstoffgehalt im Transportgas gleichwohl die
aus Sicherheitsgründen einzuhaltenden Werte überschreiten, kann dem dem Rauchgasabzug
entnommenen Transportgas zusätzlich Inertgas beigegeben werden.
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Bevor der so behandelte Brennstoff im Verbrennungsraum verbrennt,
ist ihm praktisch aller Schwefel entzogen, so daß im Verbrennungsraum SO2 nicht
gebildet werden kann.
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Liste der verwendeten Bezeichnungen 1 Kesselanlage 2 Verbrennungsraum
3 Verdampferrohrleitung 4 Brennereinrichtung 5 Entaschungsanlage 6 Rauchgasabzug
7 Staubabscheider 8 SO2-Messer 9 Transportgasleitung 10 11 Verbrennungsluftzufuhr
12 Fördergebläse 13 Rauchgasentnahme 14 Rauchgasleitung 15 Gebläse 16 Transportgasleitung
17 Absaugfilter 18 Verdichter 19 Vorratsbehälter für verdichtetes Transportgas 20
Wärmetauscher für verdichtetes Transportgas 21 Thermometer 22 23 Steuerventil 24
Heizgasleitung 25 Wärmetauscher 26 Heizgasleitung 27 Vorlaufstrecke 28 Doppelwandung
29 Schwebe-Wirbel-Fließbett 30 Einlaßleitung 31 Steuerventil 32 Wirbelbett-Reaktor
33 Einlaß 34 Dosiereinrichtung 35 Wirbelbett 36 Doppelwand
37 Heizeinrichtung für
Transportgas 38 Drossel bzw. Dosiervorrichtung 39 Dosiervorrichtung 40 Transportgasleitung
für normal temperiertes Transportgas 41 Transportgasleitung für aufgeheiztes Transportgas
(Bypassleitung) 42 Förderleitung 43 Zusatzleitung 44 Drucksendegefäß 45 Einlaßschieber
46 Auslaßschieber 47 Transportgaseinlaß 48 Steuerventil für Additiv-Zusatz 49 50
Inertgasquelle 51 Steuerventil Inertgas 52 Steuerventil Transportgas 53 Mischventil
54 Steuerventil Transportgas 55 Steuer- bzw. Regelanordnung 56 Sauerstoff-Messer
57 Thermometer 58 Regulierventil