DE3410720C2

DE3410720C2 -

Info

Publication number: DE3410720C2
Application number: DE19843410720
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Ing. 4630 Bochum De Strauss
Original assignee: Steag GmbH
Current assignee: Steag GmbH
Priority date: 1984-03-23
Filing date: 1984-03-23
Publication date: 1987-08-13
Also published as: DE3410720A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von gasförmigen Schadstoffen aus einem in einem Rauch gaszug einer Feuerungsanlage geführten Rauchgasstrom bei Temperaturen im Bereich von 700-1100°C durch Einleitung eines mit den Schadstoffen reagierenden Reaktionsmittels in den Rauchgasstrom.

Aus der DE-OS 25 50 635 ist ein solches Verfahren zur Entfernung von Stickstoffoxiden aus einem Rauchgas durch Einleitung von Ammoniak in eine Zone mit einer Temperatur von 700-1100°C in Gegenwart von Sauer stoff bekannt, bei dem das Ammoniak oder ein Ammoniak vorprodukt durch eine Vielzahl von in verschiedenen Positionen über den Querschnitt der Gasströmung ver teilten Düsen eingeleitet wird. Hierbei kann ein Gas oder eine Flüssigkeit zugeführt werden. Es wird bevorzugt, das Gas oder die Flüssigkeit mit Dampf, Wasser oder einem Intertgas zu verdünnen. Zur wirksamen Entfernung von NO_x ist es erforderlich, daß das NO_x enthaltende Rauchgas bei einer Temperatur von mehr als 700°C und vorzugsweise bei einer Temperatur von 800-1100°C und insbesondere bei einer Temperatur von 900-1100°C mit dem Ammoniak in Gegenwart von Sauerstoff behandelt wird. Bei dem Verfahren gemäß der DE-OS 25 50 635 wird nicht berücksichtigt, daß in Abhängigkeit von den Lastverhältnissen, die in der Feuerungsanlage herrschen, und/oder den einge setzten Brennstoffen sich die Temperatur in dem Raum der Feuerungsanlage ändern kann, in den das Ammoniak eingeleitet wird.

Weiterhin ist aus der DE-OS 25 32 471 ein Verfahren zur Entfernung von Stickstoffoxiden und Schwefeloxiden in dem vorstehend genannten Temperaturbereich bekannt, bei dem eine durch Schwefeloxide umwandelbare Ver bindung des Calciums, des Magnesiums, des Mangans oder des Natriums in das auf einer Temperatur oberhalb 300°C gehaltene Abgas eingeführt und danach das Abgas auf unterhalb 300°C abgekühlt wird, wobei die Schwefel oxide in Form eines Sulfats des Metalls entfernt werden. Als Verbindungen der vorstehend genannten Metalle werden vorzugsweise Oxide, Hydroxide, Carbonate, Bicarbonate, Formiate, Acetate oder Benzoate oder Mischungen derselben eingesetzt. Dabei kann die durch Schwefeloxide umwandelbare Verbindung dem Abgas vor Zugabe des Ammoniaks oder der Ammoniakvorstufe oder gleichzeitig mit dieser oder nach Zugabe des Ammoniaks oder der Ammoniakvorstufe eingesetzt werden. Das zur Entfernung der Schwefeloxide eingesetzte Reak tionsmittel kann dabei in Form einer wässrigen Lösung oder Dispersion oder in Pulverform verwendet werden. Auch hier findet sich kein Hinweis auf die Berück sichtigung von Temperaturschwankungen im Bereich der Einleitstelle in Abhängigkeit von der Feuerungsbela stung und/oder dem eingesetzten Brennstoff.

In der DE-PS 24 11 672 wird das Verfahren zur Entfer nung von Stickstoffoxiden mittels Ammoniak noch dahin gehend erweitert, daß die Reaktion mit Ammoniak in Gegenwart eines paraffinischen, olefinischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffes oder deren Gemische, oxidierten oder sulfonierten Kohlenwasserstoffes in einem Temperaturbereich zwischen 705 und 1095°C erfolgt. In dieser Patentschrift findet sich darüber hinaus der Hinweise daß bei alleiniger Benutzung von Ammoniak oder einer Ammoniakvorstufe dieses mit dem Rauchgasstrom in einem engeren Temperaturbereich von 870-1095°C in Kontakt gebracht werden muß.

Aus der DE-OS 23 20 304 ist ein Verfahren zur ther mischen Behandlung von Rauchgasen bekannt, bei dem der Abgasstrom mit Kohlenwasserstoffen, sauerstoff haltigen Kohlenwasserstoffen, stickstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen, halogenhaltigen Kohlenwasser stoffen oder schwefelhaltigen Kohlenwasserstoffen in Gegenwart von Sauerstoff bei einer Temperatur von 400-2700°C zur Reduktion des NO_x zu molekularem Stickstoff kontaktiert wird, wobei bestimmte Verhält nisse von Kohlenstoff zu NO_x und Sauerstoff zu Kohlen stoff vorgegeben sind. Auch hier findet sich im Zusam menhang mit der Heizungsanlage kein Hinweis auf eine Anpassung des Verfahrens hinsichtlich der Optimierung der Temperatur an der Einleitstelle der in den Abgas strom einzubringenden Kohlenwasserstoffe.

Weiterhin ist aus der DE-OS 31 39 080 ein Verfahren zur Absorption von Schadstoffen aus Verbrennungsab gasen mittels trockener Absorptionsmassen bekannt, bei dem das staubförmige Reaktionsmittel, beispiels weise Calciumhydroxid, unmittelbar in den Rauchgasstrom bei 350-400°C vor Verlassen des Feuerungskessels mit einer Geschwindigkeit von 12-16 m/sec quer zum Rauchgasstrom eingeblasen wird. Die hierfür verwen deten Dosierrohre reichen in einen mit Heizflächen bestückten Kesselzug und sind mit ihren äußeren Enden an eine Dosiereinrichtung angeschlossen. Auch hier findet sich kein Hinweis darauf, daß der dort erwähnte Temperaturbereich mit einer Fensterbreite von nur 50° sich in Abhängigkeit von den Lastverhältnissen und/oder von dem eingesetzten Brennstoff bezüglich der Dosierrohre verschieben kann.

Schließlich ist aus der DE-OS 26 15 828 ein Verfahren zur Entfernung von Schadstoffen aus Rauchgasen bekannt, bei dem das Gas mit festen Adsorptionsmitteln in Berührung gebracht und nach der Adsorption wieder abgetrennt wird. Das zu behandelnde Gas wird zunächst in einer Rohgasaufheizstrecke durch eine offene Flamme eines Heizölbrenners auf 160°C aufgeheizt. für die Förderung des Adsorptionsmittels innerhalb der für die Reinigung verwendeten Anlage wird als Druckmittel das in der Anlage gereinigte Gas verwendet. Das in den zu reinigenden Gasstrom eingebrachte staubförmige Adsorptionsmittel wird mit dem Gas durch Venturi- Strecken geführt und danach von dem Gas abgetrennt. Das von dem Gas abgetrennte Adsorptionsmittel wird erneut in den Gasstrom eingeführt. Eine Erwärmung des zusammen mit dem Sorptionsmittel in die einzelne Venturi-Strecke eingeführten Gases erfolgt nicht. Bei Verwendung des gereinigten Rauchgases als Druckmit tel zur Förderung des Sorptionsmittels bestimmt die Menge des zu fördernden Sorptionsmittels die Menge bzw. den Druck des Fördergases, jedoch nicht dessen Temperatur.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren anzugeben, bei dem eine für die Reaktion zwischen den Schadstoffen und dem eingebrachten Reak tionsmittel erforderliche optimale Reaktionstemperatur bzw. ein -feld auf einfache Weise im Einleitbereich des Reaktionsmittels eingehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Teilstrom des Rauchgases stromab der Einleitstelle des Reaktions mittels abgesaugt und zur Einstellung optimaler Reak tionstemperaturverhältnisse im Bereich der Einleit stelle dem Rauchgashauptstrom zugemischt wird, wobei er in Abhängigkeit von dem Lastzustand der Feuerung zuvor erwärmt werden kann.

Hiermit kann das Temperaturfeld für eine optimale Reaktion bei geänderter Feuerungsbelastung und/oder Einsatz eines anderen Brennstoffes im Bereich der Einleitstelle durch Menge und/oder Temperatur des rückgeführten Rauchgases gehalten werden.

Bei dieser Verfahrensführung kann bei maximaler Feuer leistung (Vollast) der Teilstrom mit niedrigerer Temperatur in den Bereich der Einleitstelle eingelei tet werden, so daß die dort herrschende oberhalb der optimalen Temperatur liegende Temperatur auf die optimale Temperatur heruntergekühlt werden kann. Bei Belastungsänderungen kann die abgesaugte Teilstrom menge dem an der Einleitstelle erwünschten Temperatur feld angepaßt werden. Bei der erfindungsgemäßen Ver fahrensführung ist es daher nicht wie bei der DE-PS 24 11 672 erforderlich, eine Aufspreizung des für die Reaktion erforderlichen Temperaturfeldes mit Hilfe als zusätzliches Reduktionsmittel wirkender Hilfsgase zu bewirken.

Bei kleineren Lasten, insbesondere bei Kleinstlast der Feuerungsanlage, kann mit maximal möglichem Teil strom an abgesaugtem Rauchgas gefahren werden, da die Erwärmung des Rauchgases über die Absaugtemperatur es ermöglicht, den Rauchgashauptstrom auf die ge wünschte optimale Reaktionstemperatur aufzuheizen.

Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung kann mittels der Rauchgasrückführung in den Bereich der Einleitstelle durch Wärmezufuhr oder Abkühlung das Temperaturfeld an einem Ort, nämlich der Einleitstelle, gehalten werden und gleichzeitig die optimale Reaktions temperatur gehalten werden. Im Falle der Entfernung von NO_x liegt für die äquimolare Hauptreaktion von NH₃ und NO die optimale Temperatur bei 1000°C und das bevorzugte Temperaturfeld liegt zwischen 800- 1000°C.

Vorzugsweise wird die Absaugstelle für den Rauchgasteil strom so gelegt, daß die Absaugung bei einer Rauchgas temperatur kleiner 400°C erfolgt und bis zu 20 Vol.-% der maximal möglichen Abgasmenge (Vollastmenge) abge saugt werden.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß eine Rauchgas rückführung bei Feuerungsanlagen in den Feuerraum oberhalb der Brenner an sich bekannt ist. Die Rauch gasrückführung dient dort dem Aufbau einer reduzieren den Zone oberhalb der Brenner und nicht der Einstellung der optimalen Temperaturverhältnisse für die Reaktion zwischen einem Reaktionsmittel und Schadgasen.

Vorzugsweise wird das Reaktionsmittel dem Teilstrom stromauf der Einleitstelle zugemischt. Bei der Verfah rensführung gemäß der DE-OS 25 50 635 erfolgt zwar eine Verdünnung des in den Rauchgasstrom eingeleiteten Ammoniaks, jedoch nicht in einem solchen Maße, daß eine Vormischung vorliegt.

Für die Erwärmung des zurückgeführten Rauchgasteil stroms kann mindestens ein Brenner vorgesehen sein, der mit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, wie Kohlenstaub, Öl oder Gas betrieben werden kann. Die in einer solchen Erwärmung des abgesaugten Teil stroms in den Teilstrom eingebrachte Wärmemenge kann durch die stromab der Einleitstelle liegenden nachge schalteten Anlagenteile für den Wärmetausch wirtschaft lich genutzt werden, z. B. bei der Vorwärmung von Speisewasser oder Überhitzung von Dampf. Es ist auch möglich, heißeres Rauchgas aus der Feuerungsanlage abzuziehen.

Um eine homogene Gasphase zwischen Hauptrauchgasstrom und rückgeführtem Teilstrom zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn der vorgemischte Teilstrom mit hohem Impuls dem Hauptstrom zugemischt wird.

Bei der Erwärmung des rückgeführten Teilstroms mit einem Brenner ist es darüber hinaus möglich, daß der Brenner sowohl mit Sauerstoffüberschuß als auch mit Sauerstoffmangel in Abhängigkeit von dem einge setzten Reaktionsmittel betrieben werden kann. Damit kann der Sauerstoffgehalt im Bereich der Einleitstelle eingestellt werden. In diesem Zusammenhang soll noch erwähnt werden, daß unabhängig von der Art der Erwärmung das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil bietet, daß bei Teillast der Feuerungsanlage, bei der diese mit einem wesentlich höheren Luftüberschuß als bei Vollast gefahren werden muß, durch die Aufheizung des rückgeführten Teilstroms der Luftüberschuß des Hauptstroms abgesenkt werden kann und damit die Schad stofferzeugung, die von dem Luftüberschuß in der Feuerung abhängig ist, vermindert werden kann.

Zur Entfernung von NO_x werden in an sich bekannter Weise Ammoniak, eine Ammoniakvorstufe in Gegenwart oder Abwesenheit der in der DE-PS 24 11 672 genannten Kohlenstoffverbindungen eingesetzt. Eine Verfahrens führung nach DE-OS 23 20 304 erscheint auch möglich, da an der Einleitstelle keine Flamme mehr vorhanden ist. Zur Entfernung von SO_x ebenfalls zusammen mit Fluor und Chlor werden die mit den Schwefeloxiden reagierenden Verbindungen der Alkali- und Erdalkali metalle eingesetzt. Diese Reaktionsmittel können getrennt oder zusammen in den Hauptrauchgasstrom eingeleitet werden. Wie bereits erwähnt, wird jedoch eine Einleitung in den rückgeführten Rauchgasstrom bevorzugt. Die bevorzugte Rauchgasrückführungstempe ratur kleiner 400°C ist durch die maximale Betriebs temperatur der zur Zeit vorhandenen heißgehenden Gebläse bestimmt.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Feuerungs raum, einem daran anschließenden Rauchgaszug und einer Einrichtung zum Einleiten eines Reaktionsmittels.

Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekenn zeichnet, daß der Rauchgaszug stromab der Einleit stelle zur Einleitung des Reaktionsmittels mit einer Rauchgasrückführungsleitung verbunden ist, in der mindestens ein Sauggebläse angeordnet ist, und daß stromab des Sauggebläses eine Einrichtung zur Erwär mung des in der Rauchgasrückführungsleitung geführten Gases vorgesehen ist, und daß das andere Ende der Rauchgasrückführungsleitung mit dem Rauchgaszug im Bereich der Einleitstelle verbunden ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfin dungsgemäßen Vorrichtung kann das Reaktionsmittel getrennt von dem rückgeführten Rauchgas direkt in den Rauchgaszug eingebracht werden. Bevorzugt wird jedoch, daß die Einrichtung zum Einleiten des Reaktions mittels stromab der Einrichtung zum Erwärmen mit der Rauchgasrückführungsleitung verbunden ist, da auf diese Weise eine intensive Vormischung erreicht wird.

Claims

1. Verfahren zur Entfernung von gasförmigen Schad stoffen aus einem in einem Rauchgaszug einer Feue rungsanlage geführtenRauchgasstrom bei Temperaturen im Bereich von 700-1100°C durch Einleitung eines mit den Schadstoffen reagierendenReaktionsmittels in den Rauchgasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom des Rauchgases stromab der Ein leitstelle des Reaktionsmittels abgesaugt und zur Einstellung optimaler Reaktionstemperaturverhält nisse im Bereich der Einleitstelle dem Rauchgas hauptstrom zugemischt wird, wobei er in Abhängigkeit von demLastzustand der Feuerung zuvor erwärmt werden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugung bei einer Rauchgastemperatur kleiner 400°C erfolgt und bis zu 20 Vol.-% der maximal möglichen Abgasmenge (Vollastmenge) abge saugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel dem Teilstrom stromauf der Einleitstelle zugemischt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des abgesaugten Teilstroms durch mindestens einen Brenner erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des abgesaugten Teilstroms durch Zumischung von stromauf der Einleitstelle aus dem Rauchgas abgezogenem heißeren Rauchgas erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgemischte Teilstrom mit hohem Impuls dem Hauptstrom zugemischt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des abgesaugten Teilstroms durch einen Brenner in Abhängigkeit von dem eingesetzten Reaktionsmittel mit Sauerstoffüberschuß oder mit Sauerstoffmangel erfolgt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7 mit einem Feuerungs raum, einem daran anschließenden Rauchgaszug und einer Einrichtung zum Einleiten eines Reaktions mittels, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgaszug (2) stromab der Einleitstelle (11) zur Einleitung des Reaktionsmittels mit einer Rauchgasrückführungsleitung (8) verbunden ist, in der mindestens ein Sauggebläse (10) angeord net ist,
und daß stromab des Sauggebläses (10) eine Einrichtung (15; 16) zur Erwärmung des in der Rauchgasrückführungsleitung geführten Gases vorgesehen ist,
und daß das andere Ende der Rauch gasrückführungsleitung (8) mit dem Rauchgaszug (2) im Bereich der Einleitstelle (11) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einleiten des Reaktionsmit tels direkt mit dem Rauchgaszug (2) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) zum Einleiten des Reaktions mittels stromab der Einrichtung (15; 16) zum Erwär men mit der Rauchgasrückführungsleitung (8) verbun den ist.