DE3504775A1

DE3504775A1 - Verwendung von dampfkraftwerksklaerschlamm fuer die nasse entschwefelung von rauchgasen

Info

Publication number: DE3504775A1
Application number: DE19853504775
Authority: DE
Inventors: Georg Dr.rer.nat. 5626 Reichshof Gebhard
Original assignee: Rheinisch Westfaelisches Elektrizitaetswerk AG
Current assignee: GEBHARD, GEORG, DR.RER.NAT., 5226 REICHSHOF, DE
Priority date: 1985-02-13
Filing date: 1985-02-13
Publication date: 1986-08-14
Also published as: GB2171685A; US4925614A; DD253574A5; GB8601112D0; DE3504775C2; GB2171685B; ATA7386A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die nasse Entschwefelung von Rauchgasen eines Dampfkraftwerkes, wobei die Rauchgase in einem Waschturm mit einer Suspension behandelt werden, die Waschwasser und Absorptionsmittel in feiner Verteilung enthält, im Kreislauf geführt sowie in feiner Verteilung mit den Rauchgasen in Kontakt gebracht wird, wobei aus dem Kreislauf ein zu einem hauptsächlich aus Gips bestehenden Baustoff aufarbeitbarer Entschwefelungsschlamm abziehbar ist. Die Erfindung betrifft spezieller ein besonderes Absorptionsmittel für eine solche nasse Entschwefelung von Rauchgasen eines Dampfkraftwerkes.

Bei der nassen Entschwefelung von Rauchgasen eines Dampfkraftwerkes verwendet man bekanntlich Absorptionsmittel wie Kalk, Kalkstein u. dgl. Bei der Entschwefelung entsteht zunächst Kalziumsulfit und nach Oxidation Kalziumsulfat, so daß aus dem Kreislauf ein Entschwefelungsschlamm abziehbar ist, der hauptsächlich aus Kalziumsulfatdihydrat besteht und zu einem Baustoff in Form von Kalziumsulfatalphahalbhydrat aufgearbeitet werden kann. Die genannten Absorptionsmittel müssen durch energieintensive Maßnahmen aus dem Rohstoff hergestellt werden. Im allgemeinen wird dabei mineralischer Kalkstein in der Natur abgebaut, zu Kalk gebrannt sowie danach zu möglichst großer Feinheit auf gemahlen. Das Auf mahlen hat seine Grenzen. Man arbeitet mit Körnungen, die beachtlich über 25 pm liegen. Die Suspension muß, gegenüber der stöchiometrisch erforderlichen Menge, einen erheblichen Überschuß an Absorptionsmittel aufweisen, nämlich einen Überschuß von 10 % und mehr.

Im übrigen fällt im Dampfkraftwerksbetrieb sog. Klärschlamm an. Er entsteht einerseits bei der Naßentaschung (vgl. Lueger "Lexikon der Energietechnik und Kraftmaschinen", Band 6, 1965, S. 338, 339). Er fällt aber auch bei der Entkarbonisierung des Dampfkraftwerkswassers, insbes. des Dampfkraftwerksspeisewassers, an (vgl. Lueger I.e., S. 339). Sowohl die Naßentaschung als auch die Entkarbonisierung lassen sich so führen, daß der Dampfkraftwerksklärschlamm Feststoffe besonders feiner

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Körnung enthält. Dieser Klärschlamm wird bisher im Dampfkraftwerksbetrieb, z. B. mit Filterkammerpressen, aufwendig entwässert und besonderen Deponien zugeführt. Dampfkraftwerksklärschlamm gilt bisher als nicht verwertbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den im Dampfkraftwerksbetrieb anfallenden Dampfkraftwerksklärschlamm einer Verwendung zuzuführen, die aus dem Dampfkraftwerksklärschlamm einen brauchbaren Baustoff macht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung von Dampfkraftwerksklärschlamm, der einerseits die bei der Naßentaschung unter den Dampferzeugern eines Kraftwerks, andererseits die bei der Entkarbonisierung des Dampfkraftwerkswassers anfallenden Substanzen aufweist, als Absorptionsmittel für die nasse Entschwefelung von Rauchgasen des Dampfkraftwerkes, wobei die Rauchgase in einem Waschturm mit einer Suspension behandelt werden, die Waschwasser und den Dampfkraftwerksklärschlamm enthält, im Kreislauf geführt sowie in feiner Verteilung mit den Rauchgasen in Kontakt gebracht wird und aus welchem Kreislauf ein zu einem hauptsächlich aus Gips bestehenden Baustoff aufarbeitbarer Entschwefelungsschlamm abziehbar ist, mit der Maßgabe, daß zumindest 25 Gew.% der Feststoffe in dem Dampfkraftwerksklärschlamm eine Körnung von unter 25 pm aufweisen. Der Dampfkraftwerksklärschlamm entstammt im allgemeinen dem Kraftwerk, dessen Rauchgase auch entschwefelt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung folgt der weiteren Maßgabe, daß 50 bis 90 Gew.% der Feststoffe im Dampfkraftwerksklärschlamm eine Körnung von unter 25 pm aufweisen. - Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß bei der Naßentaschung und bei der Entkarbonisierung im Rahmen der herrschenden verfahrenstechnischen Lehren so gearbeitet werden kann, daß ein Dampf-

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kraftwerksklärschlamm entsteht, dessen Feststoffe die angegebene Körnung aufweisen. Dazu ist besonderer Aufwand nicht erforderlich. Überraschenderweise ist dieser Dampfkraftwerksklärschlamm sehr wirksam für die nasse Entschwefelung von Rauchgasen eines Dampfkraftwerkes einsetzbar, wobei in der eingangs beschriebenen Weise gearbeitet wird. Dabei kommt man zu einer sehr intensiven Entschwefelung, weil die Feststoffe im Dampfkraftwerksklärschlamm im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendung die angegebene Körnung aufweisen und daher besonders reaktionsfreudig sind. Das gilt insbes. dann, wenn der pH-Wert des Dampfkraftwerksklärschlammes, vor der Beigabe zur Suspension, im Bereich zwischen 8 bis 9,5 liegt. Die Reaktionsfreudigkeit des Dampfkraftwerksklärschlammes in bezug auf die Entschwefelungsreaktion ist so intensiv, daß praktisch stöchiometrisch gearbeitet werden kann. Insoweit lehrt die Erfindung, daß der Dampfkraftwerksschlamm in der Suspension unter Berücksichtigung des SO„-Gehaltes im Rauchgas sowie unter Berücksichtigung der Entschwefelungsreaktion stöchiometrisch bemessen wird, und zwar mit einem Überschuß von etwa 1 %. Insoweit erreicht die Erfindung eine erhebliche Reduzierung der Absorptionsmittelmenge. Im Rahmen der Erfindung kann der Dampfkraftwerksklärschlamm allein als Absorptionsmittel eingesetzt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, so vorzugehen, daß die Suspension eine Mischung aus dem Dampfkraftwerksklärschlamm und Absorptionsmitteln wie Kalkstein o. dgl. aufweist.

Ausführungsbeispiel

Ein Block eines fossilbetriebenen Dampfkraftwerkes wurde für die Erprobung der erfindungsgemäßen Maßnahmen eingerichtet. Der Block war für eine Leistung von 300 MW ausgelegt. Er wurde mit Braunkohle befeuert und erzeugte ein Rauchgas, welches etwa 1900 mg/Nm Schwefeldioxid mitführte, bei üblichen Anteilen an Kohlendioxid, Stickstoff und

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Sauerstoff. Das Rauchgas wurde einer Trockenentstaubung unterworfen und über ein Gebläse mit einer Temperatur von 160 ⁰C in eine zugeschaltete Rauchgasentschwefelungsanlage eingeführt.

Die Rauchgasentschwefelungsanlage besaß einen Waschturm mit unterem Rauchgaseintritt sowie oberem Rauchgasaustritt und war für eine Rauchgasverweilzeit von etwa 15 Sekunden ausgelegt, Waschflüssigkeitsverweilzeit etwa 10 Sekunden. Der Waschturm war ausgerüstet mit einem Waschflüssigkeitskreislauf mit einer Mehrzahl von über die Höhe des Waschturms verteilten Zerstäubungsdüsen. Er besaß einen Waschflüssigkeitssumpf mit Einrichtung zum Abzug von Entschwefelungsschlamm sowie Einrichtung zur Zuführung von Luft oder Sauerstoff.

Bei einem ersten Versuch wurde eine Suspension aus Wasser und dem klassischen Absorptionsmittel Kalkstein, pulverförmig, eingesetzt, und zwar mit einer Körnung von 90 % <C 90 μπι, bei einem Feststoff gehalt in der Suspension von etwa 10 %. Die Führung des Waschflüssigkeitskreislaufes erfolgte so, daß den Rauchgasen in bezug auf den Schwefelgehalt und die Entschwefelungsreaktion eine stöchiometrische Menge an Absorptionsmittel angeboten wurde, wobei mit einem Überschuß von etwa 10 % über die stöchiometrischen Verhältnisse hinaus gearbeitet wurde.

Das entschwefelte Rauchgas führte weniger als 380 mg/Nm Schwefeldioxid mit. Der anfallende Entschwefelungsschlamm konnte zu Baugips weiterverarbeitet werden, und zwar zu Kalziumsulfatalphahalbhydrat. Hergestellte Probekörper besaßen im erhärteten Zustand eine Festigkeit von mehr als 20 N/mm².

Bei einem zweiten Versuch wurde die Suspension nicht mit Kalkstein, sondern mit Dampfkraftwerksklärschlamm angemacht, der eine weiter unten angegebene Zusammensetzung aufwies. Der Feststoff gehalt betrug

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etwa 10 %. Auch hier wurde der Waschflüssigkeitskreislauf so geführt, daß dem Schwefelgehalt im Rauchgas unter Berücksichtigung der Entschwefelungsreaktion eine stöchiometrische Menge an Absorptionsmitteln angeboten wurde, und zwar bei einem wesentlich reduzierten Überschuß von lediglich etwa 1 %. Das entschwefelte Rauchgas führte ebenfalls

weniger als 380 mg/Nm Schwefeldioxid mit, jedoch bei wesentlich reduzierter Menge an Absorptionsmittel. Der anfallende Entschwefelungsschlamm konnte zu Baugips weiterverarbeitet werden, wobei die zum ersten Versuch angegebenen Werte erreicht wurden.

In einem dritten Versuch wurde das klassische Absorptionsmittel Kalkstein, wie es auch beim ersten Versuch verwandt wurde, teilweise, nämlich in einer Menge von 15 Gew.%, durch den Dampfkraftwerksklärschlamm ersetzt. Bei der Rauchgasentschwefelung wurden die beim ersten Versuch angegebenen Werte erreicht. Das gilt auch für den Gips, der aus dem Entschwefelungsschlamm erzeugt wurde.

Der zweite und dritte Versuch wurde mit unterschiedlichen Dampfkraftwerksklärschlämmen wiederholt, die Ergebnisse waren, bis auf meßtechnisch bedingte Schwankungen, praktisch die gleichen.

Im folgenden gibt die Tabelle 1 den Mineralbestand der eingesetzten Klärschlämme an, die Tabelle 2 die chemische Zusammensetzung. In der Tabelle 2 beziehen sich die angegebenen Werte auf bei 40 ⁰C getrocknete Substanz, der pH-Wert wurde am nassen Dampfkraftwerksklärschlamm gemessen.

Tabelle 1 ; Mineralbestand der Klärschlämme

Anteile der Einzelkomponenten entsprechend der aufgeführten Reihenfolge

Schlamm vor Standort Niederaußem

II Neurath

III Frimmersdorf

IV Weisweiler

SiO Quarz

Mg₃Si₂O₅(OH)₄

SiO₂ CaCO,

Ca₂Fe₂O₅

Mg₃Si₂O₅ (OH)₄ MgO

Quarz

Mg₃Si₂O₅ (OH)₄

CaCO,

SiO,

^Fe2°3

Tabelle ² Chemische Zusammensetzung Klärschlamm. Werte beziehen
sich auf bei 40 *C getrocknete Substanz. pH-Wert
an Originalsubstanz gemessen

Bestandteil

Anteil in H.-% von Standort

I NiederauQem

II Neurath

III Frimmersdorf

IV Keisweiler

eingesetzte CaCO,-Hehle

Sulfat SO₃
Cl ppm
F₂O₅
CO,

bei

•C

9,20

16,10

17,8

2,37

2B.70

4,30

0,10

0,24

0,53

0,38

1045

0,40
20,80
10,30
200/7,35

1180

200/6,38

9,40

10,40

2,61

0,61

43,90

1.1B

0,052

0,12

0,29

0,14

568

0,22 35,00 2,37 200/2,56

8,2 2,64 2.61 0,68 46,6 1,48 0,05 0,16 0,11 0,65

1300

0,37 36,3 3,8

200/2,01

B,8	9,8
0,48 -	5,02
0,10 -	1,04
0,19 -	2,12
4B.10 -	53,80
0,41 -	4,97
0,033 -	0,1
0,006 -	0,098
0,021 -	0,20
0,10 -	0,82

39,00 - 44,00 n.n. - 0,25

CO Ol O

Claims

Patent- und Hilfsgebrauchsmusteranmeldung Rheinisch-Westfälisches Elektrizitätswerk Aktiengesellschaft Kruppstraße 5 4300 Essen 1 Verwendung von Dampfkraftwerksklärschlamm für die nasse Entschwefelung von Rauchgasen Patentansprüche:

1. Verwendung von Dampfkraftwerksklärschlamm, der einerseits die bei der Naßentaschung unter den Dampferzeugern eines Kraftwerks, andererseits die bei der Entkarbonisierung des Dampfkraftwerkswassers anfallenden Substanzen aufweist, als Absorptionsmittel für die nasse Entschwefelung von Rauchgasen des Dampfkraftwerkes, wobei die Rauchgase in einem Waschturm mit einer Suspension behandelt werden, die Waschwasser und den Dampfkraftwerksklärschlamm enthält, im Kreislauf geführt sowie in feiner Verteilung mit den Rauchgasen in Kontakt gebracht wird und aus welchem Kreislauf ein zu einem hauptsächlich aus Gips bestehenden Bau-

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stoff aufarbeitbarer Entschwefelungsschlamm abziehbar ist, mit der Maßgabe, daß zumindest 25 Gew.% der Feststoffe in dem Dampfkraftwerksklärschlamm eine Körnung von unter 25 pm aufweisen.

2. Verwendung nach Anspruch 1 mit der weiteren Maßgabe, daß 50 bis 90 Gew.% der Feststoffe im Dampfkraftwerksklärschlamm eine Körnung von unter 25 pm aufweisen.

3. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit der weiteren Maßgabe, daß der pH-Wert des Dampfkraftwerksklärschlammes, vor der Beigabe zur Suspension, im Bereich zwischen 8 bis 9,5 liegt.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit der Maßgabe, daß der Dampfkraftwerksklärschlamm in der Suspension unter Berücksichtigung des SO„-Gehaltes im Rauchgas sowie unter Berücksichtigung der Entschwefelungsreaktion stöchiometrisch bemessen wird, jedoch mit einem Überschuß von etwa 1 %.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit der Maßgabe, daß die Suspension eine Mischung aus dem Dampfkraftwerksklärschlamm und klassischen Absorptionsmitteln wie Kalk, Kalkstein o. dgl. aufweist.