DE3536899A1 - Trockene rauchgasreinigung nach einer wirbelschichtfeuerung und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung des Gehalts an gasförmigen und/oder aerosolförmigen, insbesondere schwefelhaltigen Schadstoffen in Rauchgasen einer Wirbelschichtfeuerung durch Additivzugabe, insbesondere erdalkalihaltiger Additive, bei dem die Rauchgase nach Verlassen der Feuerung entstaubt, danach abgekühlt und vor Einleitung in einen Kamin weiter entstaubt werden.

Aufgrund der idealen Stoff- und Wärmeübertragungsbedingungen und der niedrigen Verbrennungstemperatur in der Wirbelschicht eignet sich diese sehr gut, fossile Brennstoffe zu verbrennen und die bei der Verbrennung entstehenden Schadstoffe, insbesondere Schwefelverbindungen, mittels eines geeigneten Additivs zu binden und aus dem Rauchgas zu entfernen. Als Parameter sind in erster Linie der Schwefelgehalt des Brennstoffes, die Menge, die Art, die Körnung und die Porosität des Additivs, die an der Zugabestelle herrschende Temperatur (Reaktionstemperatur) sowie die Verweilzeit des Additivs entscheidend.

Aus VGB-Kraftwerkstechnik 60 (1980), S. 366-376 insbesondere S. 373, Bild 12 ist ein Verfahren bekannt geworden, bei dem das Additiv und Brennstoff, beispielsweise Kohle und Kalkstein, mittels Trägermittel zum Wirbelschichtreaktor gefördert und in die Wirbelschichtfeuerung eingebracht wird.

Es ist bekannt, Wirbelschichtfeuerungen unter Atmosphärendruck oder unter Überdruck stationär oder zirkulierend zu betreiben. Bei dem bekannten Verfahren werden die Reaktionsprodukte des Additivs zusammen mit der Asche ausgetragen, wobei bei der zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung gemäß Bild 12 der vorstehend genannten Literaturstelle der Austrag aus dem System aus dem rezirkulierten Material geschieht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das vorstehend genannte Verfahren so auszubilden, daß die Abführung der Additivrückstände, bzw. -reaktionsprodukte im wesentlichen getrennt von der Ascheabscheidung aus der Verbrennung in der Wirbelschicht erfolgt.

Diese Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das Additiv für die Einbindung schwefelhaltiger Schadstoffe nach der ersten Entstaubung und vor der Abkühlung zugegeben wird und daß das Additiv und die zugeordneten Reaktionsprodukte nach einer vorgegebenen Verweilzeit mit der zweiten Entstaubung aus dem Rauchgasstrom entfernt werden.

Durch diese Verfahrensführung werden die Ascherückstände und die Reaktionsprodukte im wesentlichen voneinander getrennt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei einer atmosphärischen oder druckaufgeladenen Wirbelschichtfeuerung eingesetzt werden, sei diese stationär oder zirkulierend.

Bei einer atmosphärischen Wirbelschichtfeuerung erfolgt die zweite Entstaubung nach der Abkühlung, wie dies an sich aus der vorstehend zitierten Literaturstelle bekannt ist.

Bei einer druckaufgeladenen Wirbelschichtfeuerung erfolgt die zweite Entstaubung vor der Abkühlung und wird das entstaubte Rauchgas in an sich bekannter Weise entspannt.

Üblicherweise enthalten die aus der Wirbelschichtfeuerung kommenden Rauchgase nicht nur Schwefelverbindungen, sondern auch gasförmige Halogenverbindungen, wie insbesondere HF und HCl. Da das Reaktionsoptimum zwischen den Additiven und diesen Halogenverbindungen bei einer niedrigeren Temperatur als das Reaktionsoptimum für die Reaktion mit Schwefelverbindungen liegt, wird in bevorzugter Ausführungsform nach Abkühlung der Rauchgase um einen vorgegebenen Betrag weiteres Additiv für die Enthalogenisierung der Rauchgase zugesetzt.

Im Falle der druckaufgeladenen Feuerung muß dann nach Enstspannung und Abkühlung eine dritte Entstaubung erfolgen.

Es kann zweckmäßig sein, daß zumindest ein Teil der Additive und Reaktionsprodukte aus der Entstaubung zurückgeführt werden.

Für beide Additivzugaben werden in bevorzugter Weise staubförmiger Kalkstein (CaCO₃), Dolomit (CaCO₃ + MgCO₃) Calciumhydroxid oder Mischungen aus mehreren dieser Bestandteile eingesetzt. Es ist jedoch möglich, daß für die Entschwefelung und die Enthalogenisierung unterschiedliche Additive verwendet werden.

Die Erfindung ist auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Wirbelschichtfeuerung, mindestens einer Additiveintrageinrichtung, einem ersten Entstauber, einem Abhitzekessel und einem zweiten Entstauber gerichtet, wobei die Entstauber und der Abhitzekessel der Wirbelschichtfeuerung nachgeschaltet sind.

Erfindungsgemäß ist diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Entstauber eine Reaktionsstrecke mit vorgegebener Verweilzeit für die in die Reaktionsstrecke eintretenden Rauchgase nachgeschaltet ist, der die Additiveintrageinrichtung zugeordnet ist.

Der Anspruch 8 betrifft ein bevorzugte Ausführungsform.

Die verschiedenen Verfahrensführungen und Vorrichtungen sollen nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine zirkulierende oder stationäre atmosphärische Wirbelschichtfeuerung,

Fig. 2 eine Darstellung vergleichbar Fig. 1 für eine druckaufgeladene Wirbelschichtfeuerung,

Fig. 3 eine detailliertere Darstellung für eine Verfahrensführung gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 eine detailliertere Darstellung für eine Verfahrensführung gemäß Fig. 2.

Aus einer atmosphärischen Wirbelschichtfeuerung 1 gemäß Fig. 1, die bei Ausbildung als zirkulierende Wirbelschicht einen Rückführzyklon 2 besitzt, werden die Rauchgase einem ersten Abscheider 3 zugeleitet, in dem die Rauchgase vorzugsweise nahezu vollständig von der Brennstoffasche entstaubt werden. Bei der vorstehend genannten Literaturstelle Bild 12 ist auf Seite 373 rechte Spalte, letzter Absatz eine Entstaubung in dem dort dem Rückführzyklon nachgeschalteten Abscheidezyklon auf etwa 60 g/m³ (i.N.) beschrieben. Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird angestrebt, eine "nahezu vollständige" Entstaubung zu erreichen, die diesen Wert um das vorzugsweise Zehn­ bis Hundertfache unterschreitet. Dem ersten Abscheider ist ein Reaktionskanal 4 nachgeschaltet, dem über eine Zugabeeinrichtung 5 ein Additiv zur Entschwefelung (SO₂-Additiv) zugeführt wird. Der Rauchgaskanal ist so lang, daß eine für die Reaktion ausreichende Verweilzeit gegeben ist. Aus dem Reaktionskanal 4 werden die Rachgase einem Abhitzekessel 6 zugeleitet. An einer Stelle des Abhitzekessels, an der die Temperatur in ausreichender Weise abgesenkt ist, erfolgt über eine Additivzugabeeinrichtung die Zugabe eines Additivs zur Enthalogenisierung (HF/ HCl-Additiv). Danach wird das Rauchgas einem zweiten Abscheider 8 zugeführt. Von diesem wird das Rauchgas in einen nicht dargestellten Kamin eingeleitet.

Die Fig. 2 (druckaufgeladene Feuerung) unterscheidet sich von der Fig. 1 dadurch, daß die Reihenfolge von Abhitzekessel 6 und zweitem Abscheider vertauscht sind, sowie dadurch, daß zwischen zweitem Abscheider und Abhitzekessel eine Turbine 9 zum Abbau des in der Wirbelschichtfeuerung 1 aufgebauten Druckes eingeschaltet ist. Zum Abscheiden des in den Abhitzekessel 6 eingebrachten (HF/ HCl-Additiv) ist dem Abhitzekessel ein dritter Abscheider bzw. Entstauber 10 nachgeschaltet. Für den Betrieb der Turbine 9 ist es wichtig, daß der Abscheider 8 zu einer nahezu vollständigen Entstaubung führt, d.h. an dieser Stelle wird vorzugsweise kein Zyklon, sondern ein filternder Abscheider eingesetzt, wie noch weiter unten erläutert wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird dem Wirbelschichtkessel 1 Brennstoff B und Luft L zugeführt und ihm wird Wärme über Wandheizflächen 1 a und gegebenenfalls Schottenheizflachen 1 b entzogen. Die 700°-1000°C, vorzugsweise 800°-900°C, wiederum bevorzugt 850°C heißen Rauchgase werden dem Rückzyklon 2 zugeführt. Dieser kann aus einem oder mehreren neben- oder hintereinandergeschalteten Zyklonen 2 bestehen. Die im Zyklon 2 abgeschiedene Brennstoffasche wird über eine Leitung 11 zurückgeführt, während die Überschußproduktion über Leitung 12 abgezogen wird. Die den Rückführzyklon 2 verlassenden Gase werden dem Abscheider 3 zugeführt, der vorzugsweise als Zyklon ausgebildet ist. Aus dem Abscheidezyklon 3 treten die Rauchgase in den U-förmig gestalteten Reaktionskanal 4 ein. Die U-förmige Gestaltung erlaubt es, auf relativ engem Platze einen relativ langen Reaktionskanal aufzubauen, der vorzugsweise senkrecht steht, so daß eine ausreichende Verweilzeit, vorzugsweise im Sekundenbereich, erzielt wird. Aus dem Reaktionskanal treten die nicht weiter entstaubten Rauchgase in den mehrzügig gestalteten Abhitzekessel 6 ein, der über Heizflächen 6 a-6 d in den Wasser- und/oder Dampfkreislauf eines Dampferzeugers eingebunden ist. Beispielsweise ist nach Durchströmung der Heizflächen 6 a -6 b die Temperatur der Rauchgase auf eine Temperatur< 700°C abgesenkt. In diesem Temperaturbereich wird das HF/HCl-Additiv eingeführt. Nach weiterer Abkühlung wird das Rauchgas dem zweiten Abscheider 8 zugeleitet, der vorzugsweise als filternder Abscheider ausgebildet ist, wiederum bevorzugt Schlauchfilter. Über ein Saugzuggebläse 13 wird das Rauchgas schließlich einem Kamin 14 zugeleitet. Das mittels des Filters abgezogene Additiv und die zugehörigen Reaktionsprodukte können deponiert oder anderweitig verwendet werden und/oder wie durch das Bezugszeichen 15 gekennzeichtnet über die Eingabeeinrichtung 5 zum Anfang des Reaktionskanals 4 oder über die Eingabevorrichtung 7 zum Abhitzekessel ganz- oder teilweise zurückgeführt werden. Es ist auch möglich, anstelle des zweizügigen Abhitzekessels 6 zwei getrennte Abhitzekessel vorzusehen und diese durch einen weiteren Reaktionskanal zu verbinden, der zu einer bestimmten Verweilzeit führt.

Während die Ausführungsform gemäß Fig. 3 eine atmosphärische zirkulierende Wirbelschicht zeigt, zeigt die Ausführungsform gemäß Fig. 4 eine druckaufgeladene stationäre Wirbelschicht. Für gleiche Bauteile sind dort gleiche Bezugszeichen verwendet worden. Bei der stationären Wirbelschicht sind in dem sich ausbildenden Bett Tauchheizflächen 1 c vorgesehen. Der erste Abscheider 3 ist mit einer Flugaschenrückführleitung 16 versehen, über die ein Teil der Flugasche zurückgeführt wird. In Abweichung von Fig. 3 ist der zweite Entstauber direkt dem Reaktionskanal 4 nachgeschaltet. Wie aus der Figur ersichtlich, ist er vorzugsweise als Gewebefilter ausgebildet, um eine nahezu vollständige Abreinigung des Rauchgases zu erreichen, wie sie zum Betrieb der Turbine 9 erforderlich ist. Die Turbine kann - wie an sich bekannt - einen die Verbrennungsluft L verdichtenden Verdichter 17 und ggf. noch einen Generator 18 antreiben. Dem Reaktionskanal 4 kann mittels Eintragvorrichtung 5 Material 15 vom Auslaß des zweiten Abscheiders 8 und/oder Material 19 vom Auslaß eines dem Abhitzekessel 6 nachgeschalteten dritten Entstaubers 20 zugeleitet werden.

Der dritte Abscheider 20 sollte vorzugsweise ebenfalls ein filternder Abscheider, d.h. Schlauchfilter oder Elektrofilter sein. Aus der Betrachtung der Fig. 3 und 4 wird deutlich, daß Kohle-Asche-Rückstände vor dem Reaktionskanal im wesentlichen abgezogen worden sind, so daß aus dem Abscheider 8 bzw. den Abscheidern 8-20 nur auf die Gasreinigung zurückzuführende Materialien abgezogen werden.

Abschließend soll darauf aufmerksam gemacht werden, daß natürlich auch durch die Zugabe des SO₂-Additivs am Anfang des Reaktionskanals schon eine gewisse Enthalogenisierung erfolgen kann. Für das Einbringen des HF/HCl-Additivs muß eine unterhalb der Wirbelschichttemperatur liegende Temperatur eingestellt werden, die von den speziellen Verfahrensparametern abhängig ist. Es wird für das Einbringen des HCl/HF-Additivs eine Temperatur °C, bevorzugt und insbesondere eine Temperatur im Bereich von 400°-500°C

Während bei der druckaufgeladenen stationären Wirbelschichtfeuerung gemäß Fig. 4 der zweite Entstauber 8 vorzugsweise ein filternder Abscheider ist, kann bei einer atmosphärischen stationären Wirbelschichtfeuerung z.B. der zweite Entstauber auch als Zyklonabscheider ausgebildet sein.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird zwar ein gewisser Anteil an Flugasche in die Additivrückstände eingetragen werden, dabei werden jedoch die zu deponierenden Stoffmengen erheblich reduziert, während die Additivrückstände vorzugsweise als Baustoff verwendet werden können.

Claims (8)

1. Verfahren zur Verminderung des Gehalts an gasförmigen und/oder aerosolförmigen, insbesondere schwefelhaltigen Schadstoffen in Rauchgasen einer Wirbelschichtfeuerung durch Additivzugabe, insbesondere erdalkalihaltiger Additive, bei dem die Rauchgase nach Verlassen der Feuerung entstaubt, danach abgekühlt und vor Einleitung in einen Kamin weiter entstaubt werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest das Additiv für die Einbindung schwefelhaltiger Schadstoffe nach der ersten Entstaubung und vor der Abkühlung zugegeben wird und daß die Additivrückstände bzw. -reaktionsprodukte nach einer vorgegebenen Verweilzeit mit der zweiten Entstaubung aus dem Rauchgasstrom entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer atmosphärischen Wirbelschichtfeuerung die zweite Entstaubung nach der Abkühlung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer druckaufgeladenen Wirbelschichtfeuerung die zweite Entstaubung vor der Abkühlung erfolgt und das entstaubte Rauchgas in an sich bekannter Weise entspannt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß nach der Abkühlung der Rauchgase um einen vorgegebenen Betrag weiteres Additiv für die Enthalogenisierung der Rauchgase zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei druckaufgeladener Wirbelschichtfeuerung nach Entspannung und Abkühlung und nach Zugabe des weiteren Additivs eine dritte Entstaubung erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß für beide Additivzugaben staubförmiger Kalkstein, Dolomit, Calciumhydroxid oder Mischungen aus mehreren dieser Materialien eingesetzt wird.

7. Vorrichtung mit einer Wirbelschichtfeuerung mit mindestens einer Additiveintrageinrichtung, einem ersten Entstauber, einem Abhitzekessel und einem zweiten Entstauber, bei der die Entstauber und der Abhitzekessel der Wirbelschichtfeuerung nachgeschaltet sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem ersten Entstauber (3) eine Reaktionsstrecke mit vorgegebener Verweilzeit für die in die Reaktionsstrecke (4) eintretenden Rauchgase nachgeschaltet ist, der die Additiveintrageinrichtung (5) zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Abhitzekessel (4) eine weitere Additiveintrageinrichtung (7) zugeordnet ist und dem Abhitzekessel ein Entstauber (8, 20) nachgeschaltet ist.