DE3446110C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bindung von Schadstoffverbindungen, insbesondere Schwefelverbindungen, die als Reaktionsprodukte bei der Verbrennung einer Kohle-Wasser-Suspension über einen Zerstäubungsbrenner im Feuerraum entstehen, wobei die Zuschlagstoffe der Suspension Kohle und Wasser vor der Mahlung miteinander vermischt werden, und bei dem der Kohle-Wasser-Suspension unmittelbar vor der mittels Luft oder Wasserdampf erfolgenden Zerstäubung im Brenner ein Additiv zur Schadstoffeinbindung beigemischt wird.

Als Additive kommen Oxide, Hydroxide und Carbonate der Elemente Calcium und Magnesium sowie vor allem Natrium, Kalium und Eisen meist zu Staub vermahlen zum Einsatz. Die Reaktionsfähigkeit eines Additivs und die Reaktionsabläufe für eine optimale Einbindung von umweltbelastenden Schadstoffen sind dabei temperaturabhängig. Aus diesem Grunde haben sich verschiedene Behandlungsmethoden entwickelt, die sich voneinander in dem Ort und in der Form der Zugabe des Additivs, sowie in der Wahl des Trägermittels für das Additiv unterscheiden.

So wird beispielsweise Rauchgas aufgrund der wesentlich günstigeren Temperaturverhältnisse als in der Flamme innerhalb oder außerhalb der Feuerungsanlage mit Additiv behandelt. Dagegen besteht auch die Möglichkeit, die Schadstoffeinbindung in einer Brennerflamme herbeizuführen, wobei Additiv entweder direkt einem Brennstoff oder gleichzeitig mit dem Brennstoff über einen Brenner in die Brennerflamme zugeführt wird.

Bezüglich der zuletzt genannten Möglichkeit wird bei einem anderen, aus der DE-PS 29 32 676 bekannten Verfahren Additiv mittels eines gasförmigen und/oder flüssigen Trägermittels in den Bereich einer Brennerflamme unter Bildung eines die Brennerflamme umgebenden Schleiers zugegeben. Beim Einsatz eines hochkalorigen Brennstoffes ist dann das flüssige Trägermittel bevorzugt Wasser, in dem das Additiv suspendiert ist.

Jene Möglichkeit, bei der Additiv gleichzeitig mit einem Brennstoff über einen Brenner in die Brennerflamme eingebracht wird, ist beispielsweise aus der DE-OS 19 02 504 bekannt, bei dem von einem Heizölhauptstrom ein Teilstrom abgezweigt wird, der in einem beheizbaren Behälter mit Dolomitmehl als Additiv vermischt, danach wieder dem Heizölhauptstrom zugeführt und gemeinsam in den Ölbrenner geleitet wird.

In ähnlicher Weise werden bei einem aus der DE-OS 30 15 710 bekannten Verfahren schwefeleinbindende Stoffe in Abhängigkeit vom SO₂-Gehalt im Rauchgas einer als Brennstoff eingesetzten Kohle schon bei deren Zerkleinerung zugegeben.

Auch die US-PS 41 92 652 offenbart ein Verfahren, bei dem einer zerkleinerten, von Pyrit-Schwefel und einer Hauptmenge von Asche gereinigten Kohle Additiv beigemischt und diese Mischung zu Pellets oder Briketts geformt wird, ehe diese verfeuert werden.

Bei einem Brennstoff mit hohem Heizwert, z. B. Steinkohle, der bei der Verbrennung eine Flamme mit hohen Temperaturen erzeugt, wird ein schadstoffeinbindendes Additiv dem gesamten Temperaturspektrum der Flamme unterworfen, wobei auch Temperaturbereiche berührt werden, in denen das Additiv inaktiv wird. Auch treten insbesondere beim Einsatz eines festen Brennstoffes Mischprobleme auf, die zu Temperaturschwankungen in der Flamme führen und durch die die für eine Schadstoffeinbindung erforderliche Verweilzeit negativ beeinflußt wird. Mischprobleme könne dabei zwischen einem Brennstoff und/oder Additiv und/oder einem Trägermittel auftreten.

Eine Maßnahme bezüglich der Mischung von Kohle mit Wasser als Trägermittel, mit dem zugleich aufgrund der aufzubringenden Verdampfungswärme die Flammentemperaturen beeinflußt werden, wird in der Veröffentlichung "Verbrennung von Staubkohle und Kohle/Wasser-Suspension im Wasserrohrkessel" von O. Schwarz, in Brennstoff-Wärme-Kraft 16 (1964) Nr. 6, Seite 273/277 vorgeschlagen, nach der bei der Herstellung einer möglichst gleichbleibenden Kohle/Wasser-Suspension ein bestimmtes Mischungsverhältnis zwischen Kohle und Wasser eingehalten wird.

In der DD-PS 1 36 976 wird diesbezüglich auch vorgeschlagen, bei einer Naßmahlung eines Kohle-Wasser-Gemisches gleichzeitig ein aus nur bestimmten oberflächenaktiven Stoffen, z. B. Alkalimetalle oder Ammoniumsalze von Polycarboxylsäuren, Polyphosphate usw., bestehendes Dispergiermittel zuzumischen, um einerseits die Suspension zu stabilisieren und andererseits durch selektive Adsorption in einem nachgeschalteten Trennverfahren Verunreinigungen von der Kohle abzusondern.

Aus der DE-OS 34 13 831 wiederum ist ein Verfahren bekannt, bei dem zur Verminderung der Schadstoffemission, insbesondere zur Entschwefelung, einer Kohle-Wasser-Suspension ein schwefelbindendes Additiv, gegebenenfalls mit zusätzlich viskositäts- und/oder korrosionsmindernden Eigenschaften, erst kurz vor dem Brenner zugesetzt werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem Additiv vor dem Verbrennungsprozeß eines hochkalorigen Brennstoffes 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 den Zuschlagstoffen Kohle und Wasser bei der vor der Mahlung vorgenommenen Vermischung ein Dispergierungsmittel zugemischt wird, und daß das Additiv frisch gemahlen ist.

Die Anwesenheit eines Dispergierungsmittels in der Kohle- Wasser-Suspension erleichtert eine Beimischung von Additiv und verkürzt den Mischungsweg zwischen dem Beimischort und der Zerstäubung der Suspension im Brenner.

Durch die unmittelbar vor der Zerstäubung im Brenner vorgenommene Beimischung von frisch gemahlenem Additiv kann die durch die Additivmahlung herbeigeführte Aktivität zur Schadstoffeinbindung unvermindert genutzt werden. Dabei ist von Bedeutung, daß die Zeitspanne zwischen der Mahlung und des Einsatzes des Additivs derart Einfluß auf die Aktivität des Additivs nimmt, daß eine große Zeitspanne die Aktivität vermindert.

Aufgrund einer in den Feuerraum eingebrachten Kohle-Additiv-Wasser-Suspension, deren Wasseranteil in Abhängigkeit von der Verbrennungstemperatur in der Suspensionsflamme bemessen ist, beispielsweise bevorzugt im Bereich zwischen 0,3 und 0,5 liegt, und der auch noch von der Suspendierbarkeit des Brennstoffes, der Transportierbarkeit und der Zerstäubung der Suspension im Brenner beeinflußt wird, werden die durch die Verbrennung dieses hochkalorigen Brennstoffes entstehenden hohen Flammentemperaturen gezielt um mehrere hundert Grad-Kelvin reduziert. Damit ist gewährleistet, daß die Temperatur einer Additiv-Sinterung, die in etwa um die 1200°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.

Die Additivmenge wird in Abhängigkeit des Schwefelgehaltes des Brennstoffes zugeteilt, die außerdem noch entsprechend der SO _X -Konzentration im gereinigten Rauchgas nachgeführt wird.

Der Stabilisations-Zusatz hat den Zweck, den Sedimenta­ tionsvorgang 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 rea­ gierenden Partner in der Flamme, das sind die Schwefel-, Chlor- und Fluorverbindungen und das Additiv, für die Schadstoffeinbindung nurmehr vom Verbrennungsvorgang des Brennstoffs und simultan dazu von temperaturbedingten, chemischen Veränderungen am Additiv beeinträchtigt ist.

Das Zusammenwirken der temperaturmäßig und zeitlich unbe­ einflußten Aktivität des Additivs und der verbesserten Ver­ fügbarkeit der Verweilzeit für die Schadstoffeinbindung führt als ein weiterer Vorteil zwangsläufig zu einer Ver­ ringerung des Bedarfs an Additiv und damit auch zu einer Verringerung der mit diesem Vorschlag verbundenen Anlagen­ größe.

Ein anderer Vorteil des Verfahrens be­ steht darin, daß im Flammenbereich nach der Zerstäubung der Brennstoff/Wasser-Suspension die vom Wasser benetzten Addi­ tivteilchen durch die Wasserverdampfung eine unterhalb der Flammentemperatur liegende Teilchentemperatur annehmen, und so der reaktionsoptimale Temperaturbereich für die Schad­ stoffeinbindung eingehalten werden kann.

Die Anwendung des Verfahren ist nachfol­ gend an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispiel näher beschrieben.

Das durch die Zeichnung wiedergegebene Verfahrensschema zeigt die Herstellung einer Brennstoff/Wasser-Suspension und die Zumischung eines Additivs bis zur Verbrennung an einem Brenner eines Dampferzeugers.

Die in einem Bunker 1 bereitgestellte rohe Steinkohle ge­ langt über ein Förderband 2 zu einer Mischvorrichtung 3, z. B. einer Mischschnecke, zu der gleichzeitig ein Dispergiermittel als Stabilisations-Zusatz und Wasser zugeführt werden. 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 Steinkoh­ le bzw. für eine Korrektur entsprechend der SO _X -Konzentra­ tion im gereinigten Rauchgas in der Menge bemessen. Der aus einem Bunker 6 zugeteilte Stabilisations-Zusatz dient als Se­ dimentationsverzögerer. Die benötigte Wassermenge wird über eine 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 Feststoff-Wasser-Suspension mittels einer Pumpe 9 in einen Behälter 10 gefördert wird. Aus dieser Zwischenlagerung im Behälter 10 wird die Suspen­ sion durch hydraulischen Transport einem Brenner 11 eines Dampferzeugers zugeführt, wo sie nach bekannten Methoden mittels Luft oder Wasserdampf 12 unter Druck für den an­ schließenden Verbrennungs- und Schadstoffeinbindungsvorgang in den Feuerraum des Dampferzeugers unter gleichzeitiger Zuführung der erforderlichen Verbrennungsluft 13 zerstäubt wird.

Das in der Stift­ mühle 5 mechanisch aktivierte Additiv wird erst nach der im Be­ hälter 10 vorgesehenen Zwischenlagerung der Kohle-Wasser- Suspension unmittelbar vor Eintritt in den Brenner 11 in einer speziellen Mischvorrichtung der Kohle-Wasser-Suspen­ sion zugeteilt. An einen Einsatz dieses Verfahrens ist insbesonders dann gedacht, wenn die Möglichkeit einer auf dem Kraft­ werksgelände 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 (1)

1. Verfahren zur Bindung von Schadstoffverbindungen, insbesondere Schwefelverbindungen, die als Reaktionsprodukte bei der Verbrennung einer Kohle-Wasser-Suspension über einen Zerstäubungsbrenner im Feuerraum entstehen, wobei die Zuschlagstoffe der Suspension Kohle und Wasser vor der Mahlung miteinander vermischt werden, und bei dem der Kohle-Wasser-Suspension unmittelbar vor der mittels Luft oder Wasserdampf erfolgenden Zerstäubung im Brenner ein Additiv zur Schadstoffeinbindung beigemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß den Zuschlagstoffen Kohle und Wasser bei der vor der Mahlung vorgenommenen Vermischung ein Dispergierungsmittel zugemischt wird, und daß das Additiv frisch gemahlen ist.