DE3446110A1

DE3446110A1 - Verfahren zur verbrennung einer brennstoff/wasser-suspension mit niedriger schadstoffemission

Info

Publication number: DE3446110A1
Application number: DE19843446110
Authority: DE
Inventors: Michael Dr.-Ing. 5270 Gummersbach Wirtz
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1984-12-18
Filing date: 1984-12-18
Publication date: 1986-06-26
Also published as: DE3446110C2

Description

Verfahren zur Verbrennung einer Brennstoff/Was-
ser-Suspension mit niedriger Schadstoffemission Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bindung von Schwefel-, Chlor- und Fluorverbindungen, die als Reaktionsprodukte bei der Verbrennung eines diese Elemente enthaltenden, hochkalorigen Brennstoffs über einen Brenner im Feuerraum entstehen, durch Zugabe von Additiv und Wasser in den Bereich der Brennerflamme.
Als Additive kommen bekanntlich die Oxide, Hydroxide und Carbonate der Elemente Calcium und Magnesium sowie vor allem Natrium, Kalium und Eisen meist zu Staub vermahlen zum Einsatz. Dabei ist die Kenntnis von Bedeutung, daß die Zeitspanne zwischen der Mahlung und des Einsatzes des Additivs u. a. Einfluß auf die Aktivität des Additivs nimmt, wobei eine große Zeitspanne die Aktivität vermindert. Auch ist bekannt, daß die Reaktionsfähigkeit des Additivs und die Reaktionsabläufe für eine optimale Einbindung der genannten, umweltbelastenden Schadstoffe temperaturabhängig sind. Entsprechend dieser Kriterien haben sich verschiedene Behandlungsmethoden entwickelt, die sich voneinander in erster Linie in Ort und in der Form der Zugabe des Additivs, sowie in der Wahl des Trägermittels für das Additiv unterscheiden.
So sind Verfahren bekannt, bei denen das aus dem Verbrennungsprozeß eines hochkalorigen Brennstoffs kommende Rauchgas aufgrund der wesentlich günstigeren Temperaturverhältnisse als in der Flamme innerhalb oder außerhalb der Feuerungsanlage mit Additiv behandelt wird.
Es wurden aber auch Verfahren vorgeschlagen, bei denen das Additiv vor dem Verbrennungsprozeß zugeführt wird, wobei die Additivzuführung entweder direkt zum Brennstoff oder gleichzeitig mit dem Brennstoff über den Brenner in die Brennerflamme vorgenommen wird.
Verfahren der ersteren Gattung kommen für Brennstoffe mit hohem Heizwert, z. B. Steinkohle, die Flammen mit hohen Temperaturen erzeugen, nicht in Betracht, da das Additiv dabei dem gesamten Temperaturspektrum der Flamme unterworfen wird, wobei Temperaturbereiche durchlaufen werden müssen, die zu einer Inaktivierung des Additivs führen.
Zu den Verfahren, bei denen das Additiv gleichzeitig mit dem Brennstoff über den Brenner in die Brennerflamme eingebracht wird, gehört das aus der DE-OS 19 02 504 bekannte, gattungsgemäße Verfahren, bei dem pulverförmiges Additiv in wäßriger Aufschwemmung in die Brennerflamme eingesprüht wird.
Bei einem anderen, aus der DE-PS 29 32 676 bekannten Verfahren wird das Additiv mittels eines gasförmigen und/oder flüssigen Trägermittels in den Bereich der Brennerflamme unter Bildung eines die Brennerflamme umgebenden Schleiers zugegeben. Beim Einsatz eines hochkalorigen Brennstoffs ist dann das flüssige Trägermittel bevorzugt Wasser, in dem das Additiv suspendiert ist.
Diese bekannten Verfahren haben gemeinsam den Nachteil, daß durch das getrennte Einbringen von Brennstoff und Additiv in die Brennerflamme bzw. in den Behandlungsraum stets nur eine ungenügende Durchmischung stattfindet, die in negativer Weise Einfluß auf die Verweilzeit und somit auch auf die Schadstoffeinbindung nimmt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem das Additiv vor dem Verbrennungsprozeß des hochkalorigen Brennstoffs zugeführt wird, wobei eine Additivzumischung zum Brennstoff wegen der unvermeidbaren Mischungsprobleme in der Reaktionszone für die Schadstoffeinbindung außerhalb dieser anzustreben ist, und wobei die Inaktivierung des Additivs wegen zu hoher Temperaturen in der Brennerflamme soweit ausgeschaltet ist, daß der Reaktionsablauf für die Schadstoffeinbindung insgesamt unter optimalen Temperatur- und Verweilzeitbedingungen bei einem Minimum an technischem Aufwand gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß der Brennstoff im Rohzustand mit Wasser und mit einem Stabilisations-Zusatz vermischt zu einer Brennstoff/Wasser-Supension vermahlen wird, der unmittelbar vor der mittels Luft oder Wasserdampf erfolgenden Zerstäubung im Brenner frisch gemahlenes Additiv beigemischt wird.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Beimischung des Additivs schon während der Herstellung der Brennstoff/Wasser-Suspension vorgenommen wird. Der Mengenanteil des Wassers in der Suspension wird in Abhängigkeit der Verbrennungstemperaturen in der Suspensionsflamme bemessen, die den für eine optimale Bindung der genannten Verbindungen an das Additiv erforderlichen Reaktionstemperaturen entsprechen. Der Mengenanteil des-Wassers liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,3 und 0,5. Die Additivmenge wird in Abhängigkeit des Schwefelgehalts des Brennstoffs zugeteilt, die außerdem noch entsprechend der SOx-Konzentration im gereinigten Rauchgas nachgeführt wird.
Die Erfindung stellt eine Kombination verschiedener Verfahrensschritte dar. Insgesamt wird damit erreicht, daß durch die Einbringung einer Brennstoff-Additiv-Wasser-Suspension in den Feuerraum aufgrund des gewählten Wasseranteils, der von der Suspendierbarkeit des Brennstoffs mit dem hohen Heizwert, der Transportierbarkeit und der Zerstäubung der Suspension zum bzw. im Brenner abhängt, die durch die Verbrennung dieses hochkalorigen Brennstoffs entstehenden hohen Flammentemperaturen gezielt um mehrere hundert Grad-Kelvin reduziert. Damit ist gewährleistet, daß die Temperatur einer Additiv-Sinterung, die in etwa um die 12000 C liegt, nicht erreicht wird, so daß die für die Aktivität maßgebenden, frisch erzeugten Oberflächenstrukturen der Additivkörner, die durch Mahlung mechanisch herbeigeführt worden sind, durch zu hohe Temperaturen und zu große Wärme nicht zerstört werden. Eine Beeinträchtigung der Additiv-Aktivität aufgrund des Kontaktes mit der Brennstoff/Wasser-Suspension ist nicht gegeben.
Der Stabilisations-Zusatz hat die Aufgabe, den Sedimentationsvorgang in der Suspension so zu verlangsamen, daß im Zeitpunkt des Eintritts der Suspension in den Brenner noch nahezu ideale Suspensionsbedingungen vorliegen.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Vorschlages besteht darin, daß der Mischvorgang zwischen Additiv und Brennstoff außerhalb der Reaktionszone im Feuerraum der Verbrennungsanlage liegt, wodurch die Verweilzeit der reagierenden Partner in der Flamme, das sind die Schwefel-, Chlor- und Fluorverbindungen und das Additiv, für die Schadstoffeinbindung nunmehr vom Verbrennungsvorgang des Brennstoffs und simultan dazu von temperaturbedingten, chemischen Veränderungen am Additiv beeinträchtigt ist.
Das Zusammenwirken der temperaturmäßig und zeitlich unbeeinflußten Aktivität des Additivs und der verbesserten Verfügbarkeit der Verweilzeit für die Schadstoffeinbindung führt als ein weiterer Vorteil zwangsläufig zu einer Verringerung des Bedarfs an Additiv und damit auch zu einer Verringerung der mit diesem Vorschlag verbundenen Anlagengröße.
Ein anderer Vorteil des erfindungsgemäßen Vorschlages besteht darin, daß im Flammenbereich nach der Zerstäubung der Brennstoff/Wasser-Suspension die vom Wasser benetzten Additivteilchen durch die Wasserverdampfung eine unterhalb der Flammentemperatur liegende Teilchentemperatur annehmen, und so der reaktionsoptimale Temperaturbereich für die Schadstoffeinbindung eingehalten werden kann.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nachfolgend an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
Das durch die Zeichnung wiedergegebene Verfahrensschema zeigt die Herstellung der Brennstoff/Wasser-Suspension und die Zumischung des Additivs bis zur Verbrennung an einem Brenner eines Dampferzeugers.
Die in einem Bunker 1 bereitgestellte rohe Steinkohle gelangt über ein Förderband 2 zu einer Mischvorrichtung 3, z. B. einer Mischschnecke, zu der gleichzeitig Additiv, der Stabilisations-Zusatz und Wasser zugeführt werden. Das zur Mischvorrichtung 3 geförderte Additiv, bevorzugt Kalkstein oder Calciumhydrat, wird aus einem Bunker 4 kommend durch eine Mahlvorrichtung 5, z. B. eine Stiftmühle, mechanisch aktiviert und entsprechend dem Schwefelgehalt der Steinkohle bzw. für eine Korrektur entsprechend der SOx-Konzentration im gereinigten Rauchgas in der Menge bemessen. Der aus dem Bunker 6 zugeteilte Stabilisations-Zusatz dient als Sedimentationsverzögerer. Die benötigte Wassermenge wird über die Leitung 7 der Mischvorrichtung 3 zugeführt. Das aus der Mischvorrichtung 3 austretende Feststoff-Wasser-Gemisch wird in einer nachfolgenden Mahlvorrichtung 8 - z. B. einer Rohrmühle - auf das erforderliche Korngrößenspektrum der Steinkohle bei inniger Durchmischung aller Bestandteile vermahlen, aus der die Steinkohle-Additiv-Wasser-Suspension mittels einer Pumpe 9 in einen Behälter 10 gefördert wird.
Aus dieser Zwischenlagerung im Behälter 10 wird die Suspension durch hydraulischen Transport dem Brenner 11 eines Dampferzeugers zugeführt, wo sie nach bekannten Methoden mittels Luft oder Wasserdampf 12 unter Druck für den anschließenden Verbrennungs- u-nd Sch-adstoffeinbindungsvorgang in den Feuerraum des Dampferzeugers unter gleichzeitiger Zuführung der erforderlichen Verbrennungsluft 13 zerstäubt wird.
In einer nicht näher dargestellten Verfahrensvariante besteht die Möglichkeit, das beispielsweise in einer Stiftmühle 5 mechanisch aktivierte Additiv erst nach der im Behälter 10 vorgesehenen Zwischenlagerung der Kohle-Wasser-Suspension unmittelbar vor Eintritt in den Brenner 11 in einer speziellen Mischvorrichtung der Kohle-Wasser-Suspension zuzuteilen. An einen Einsatz dieser Verfahrensvariante ist dann gedacht, wenn die Möglichkeit einer auf dem Kraftwerksgelände zentralen Herstellungsanlage für die Kohle-Wasser-Suspension vorgesehen ist, oder wenn der Transport der Kohle-Wasser-Suspension zum Brenner des Dampferzeugers über Pipelines erfolgen soll.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Bindung von Schwefel-, Chlor- und Fluorverbindungen, die als Reaktionsprodukte bei der Verbrennung eines diese Elemente enthaltenden, hochkalorigen Brennstoffs über einen Brenner im Feuerraum entstehen, durch Zugabe von Additiv und Wasser in den Bereich der Brennerflamme, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Brennstoff im Rohzustand mit Wasser und mit einem Stabilisations-Zusatz vermischt zu einer Brennstoff/Wasser-Suspension vermahlen wird, der unmittelbar vor der mittels Luft oder Wasserdampf erfolgenden Zerstäubung im Brenner frisch gemahlenes Additiv beigemischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Beimischung des Additivs schon während der Herstellung der Brennstoff/Wasser-Suspension vorgenommen wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mengenanteil des Wassers in der Suspension in Abhängigkeit der Verbrennungstemperaturen in der Suspensionsflamme bemessen wird, die den für eine optimale Bindung der genannten Verbindungen an das Additiv erforderlichen Reaktionstemperaturen entsprechen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Mengenanteil des Wassers in der Suspension im Bereich zwischen 0,3 und 0,5 liegt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Additiv-Menge in Abhängigkeit des Schwefelgehaltes des Brennstoffes zugeteilt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Additiv-Menge entsprechend der SOx-Konzentration im gereinigten Rauchgas nachgeführt wird.