DE3545317A1 - Process and system for denitrogenating exhaust gases - Google Patents

Process and system for denitrogenating exhaust gases

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Abstract

For denitrogenating exhaust gases, it is known to add ammonia to the gases from systems in which materials are thermally treated or also combusted before said exhaust gases are emitted into the atmosphere. The production of ammonia and also the transformation of the nitrogen oxides contained in exhaust gases into harmless exhaust gas components are, however, associated with a high energy outlay. According to the invention, however, an energy-saving and therefore especially economical denitrogenation of exhaust gases is achieved in that, in a cement burning system (1, 2, 3, 4), substances are added to the calcium carbonate-containing material which form ammonia under the effect of heat and/or catalyst and the components of which correspond essentially to the thermally treated materials. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anlage zur Entstickung von Abgasen aus Anlagen, in denen kalziumkarbonathaltiges Material, insbesondere Zementrohmehl, thermisch behandelt wird.The invention relates to a method and a Plant for the denitrification of exhaust gases from plants in which material containing calcium carbonate, in particular Cement raw meal, is thermally treated.

Aus der DE-OS 34 02 771 ist ein Verfahren zur Umwandlung der in den Abgasen von Verbrennungsprozessen enthaltenen Stickstoffoxide in unschädliche Abgasbestandteile bekannt, gemäß dem die Abgase mit Ammoniak als Reduktionsmittel in einer Reaktionskammer vermischt werden. Zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit wird das Reduktionsmittel Ammoniak durch Zufuhr von Energie, vorzugsweise durch Bestrahlung mittels von einem Laser emittierten kohärentem Licht auf ein höheres Reaktionsniveau gebracht. Bei diesem bekannten Verfahren ist jedoch nachteilig, daß für die Umwandlung der in den Abgasen vorhandenen Stickstoffoxide in unschädliche Abgasbestandteile Ammoniak in reiner Form und die Zufuhr von Fremdenergie durch Bestrahlung erforderlich sind, die einen erhöhten Energie- und Kostenaufwand mit sich bringen.DE-OS 34 02 771 describes a process for conversion of those contained in the exhaust gases from combustion processes Nitrogen oxides known in harmless exhaust gas components, according to which the exhaust gases with ammonia as a reducing agent be mixed in a reaction chamber. To increase the The reaction rate becomes the reducing agent ammonia by supplying energy, preferably by radiation by means of coherent light emitted by a laser brought a higher level of reaction. In this well-known However, the method is disadvantageous in that the conversion of Nitrogen oxides present in the exhaust gases in harmless Exhaust gas components ammonia in pure form and the supply of external energy through radiation are required bring an increased energy and cost.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, das unter Vermeidung der obengenannten Nachteile in einfacher und besonders wirtschaftlicher Weise eine Entstickung von Abgasen aus Anlagen, in denen kalziumkarbonathaltiges Material, insbesondere Zementrohmehl thermisch behandelt wird, ermöglicht. The object of the invention is to provide a method create that while avoiding the disadvantages mentioned above in a simple and particularly economical manner Denitrification of exhaust gases from plants in which material containing calcium carbonate, in particular Cement raw meal is thermally treated.  

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß dem kalziumkarbonathaltigen Material Stoffe zugegeben werden, die unter thermischer und/oder katalytischer Einwirkung Ammoniak bilden und deren Komponenten im wesentlichen den thermisch behandelten Materialien entsprechen. Dadurch, daß gemäß der Erfindung dem kalziumkarbonathaltigen Material Stoffe zugegeben werden, die unter thermischer und/oder katalytischer Einwirkung Ammoniak bilden, wird im Vergleich zu dem bisher bekannten Verfahren nicht nur sehr vorteilhaft Energie für die Herstellung von Ammoniak eingespart, sondern auch die Energie eingespart, die zur Aktivierung und Aufrechterhaltung des Umwandlungsprozesses der in den Abgasen vorhandenen Stickoxide erforderlich ist. Ferner wird dadurch, daß dem kalziumkarbonathaltigen Material Stoffe zugegeben werden, deren Komponenten im wesentlichen den thermisch behandelnden Materialien entsprechen, das thermisch behandelte Material in seiner Zusammensetzung nicht verändert, sondern kann darüber hinaus in vielen Fällen noch im Hinblick auf das Endprodukt in seinen Komponenten optimal ergänzt werden.This object is achieved in that the materials containing calcium carbonate are added, those under thermal and / or catalytic action Form ammonia and its components essentially the correspond to thermally treated materials. As a result of that according to the invention the calcium carbonate-containing material Substances are added that are under thermal and / or Forming catalytic exposure to ammonia is compared not only very much to the previously known method advantageous energy for the production of ammonia saved, but also saved the energy required for Activation and maintenance of the conversion process the nitrogen oxides present in the exhaust gases are required. Furthermore, the fact that the calcium carbonate Material substances are added, the components of which in essentially the thermally treating materials correspond to the thermally treated material in its Composition does not change, but can go beyond in many cases still with regard to the end product in its components are optimally supplemented.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung werden dem kalziumhaltigen Material als Ammoniak bildende Stoffe bei erhöhten Temperaturen Schlamm, insbesondere Klärschlamm, zugegeben. Wie praktische Versuche gezeigt haben, kommt es insbesondere bei der Vermischung von kalziumhaltigem Material, insbesondere CaO-haltigem Material, mit Klärschlamm aufgrund thermischer und/oder katalytischer Einwirkung zur Bildung von Ammoniak, der sehr vorteilhaft zur Entstickung von Abgasen benutzt werden kann. Da die im Schlamm vorhandenen Feststoffe in vielen Fällen Komponenten enthalten, die zur Herstellung und/oder Einbindung in Zement geeignet sind, ist es besonders zweckmäßig, Schlamm als ammoniakbildenden Stoff dem Zementrohmehl bei erhöhten Temperaturen zuzusetzen, wodurch einerseits eine Entstickung der Abgase erzielt und andererseits der Schlamm beseitigt und seine Feststoffkomponenten wiederum wirtschaftlich verwertet werden können.In an advantageous development of the invention calcium-containing material as ammonia-forming substances elevated temperatures sludge, especially sewage sludge, admitted. As practical tests have shown, it happens especially when mixing calcium-containing Material, in particular CaO-containing material with Sewage sludge due to thermal and / or catalytic Exposure to the formation of ammonia, which is very beneficial can be used for denitrification of exhaust gases. Since the in Sludge solids in many cases components included for the manufacture and / or integration in Cement are suitable, it is particularly useful to mud as an ammonia-forming substance the cement raw meal with increased Add temperatures, which on the one hand  Denitrification of the exhaust gases and on the other hand the sludge eliminated and its solid components in turn can be used economically.

Am besten erfolgt in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die Zugabe von Klärschlamm zu dem kalziumkarbonathaltigen Material bei Temperaturen zwischen etwa 700 und 1000°C, vorzugsweise bei 950°C. Das Optimum der Entstickung von Abgasen liegt, wie die Praxis gezeigt hat, bei etwa 950°C mit einer NO-Restkonzentration von weniger als 200 ppm.It is best done in an advantageous further training of Invention the addition of sewage sludge to the calcium carbonate material at temperatures between about 700 and 1000 ° C, preferably at 950 ° C. The optimum The denitrification of exhaust gases is, as practice has shown has, at about 950 ° C with a residual NO concentration of less than 200 ppm.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Zementbrennanlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.Further details, features and advantages of the invention result from the following explanation of one in the Drawing schematically shown cement burning plant for Implementation of the method according to the invention.

Wie die Zeichnung zeigt, besteht die Zementbrennanlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung aus einem Wärmetauscher mit den Zyklonen 1, 2 und 3, wobei der unterste Zyklon 3 des Wärmetauschers mit einem Drehrohrofen 4 über dessen Abgasleitung 5 und einer aus dem Zyklon 3 austretenden, nach unten in den Drehrohrofeneinlauf führenden Gutaustragsleitung 6 in unmittelbarer Verbindung steht. An die Ofenabgasleitung 5 ist eine Stoffzuführungsleitung 7 angeschlossen, in der ein Zuteilorgan 8 angeordnet ist, welches über eine Meßleitung 9 mit Meßsonden 10 in Verbindung steht, die in der nach oben hin aus dem obersten Zyklon 1 des Wärmetauschers austretenden Abgasleitung 11 angeordnet sind. Die Abgasleitung 11 führt in einen Staubabscheider 12, aus dem die vom Staub befreiten Abgase mit Hilfe eines Gebläses 13 nach außen abgezogen werden. Ferner ist an die Stoffzuführungsleitung 7 eine Zweigleitung 14 angeschlossen, die unmittelbar in den Ofeneinlauf des Drehrohrofens 4 mündet. As the drawing shows, the cement kiln for carrying out the method according to the invention consists of a heat exchanger with cyclones 1 , 2 and 3 , the bottom cyclone 3 of the heat exchanger having a rotary kiln 4 via its exhaust pipe 5 and one emerging from the cyclone 3 , down in the rotary kiln inlet leading material discharge line 6 is in direct connection. A material supply line 7 is connected to the furnace exhaust gas line 5 , in which a metering element 8 is arranged, which is connected via a measuring line 9 to measuring probes 10 which are arranged in the exhaust gas line 11 emerging from the top cyclone 1 of the heat exchanger. The exhaust pipe 11 leads into a dust separator 12 , from which the exhaust gases freed from dust are drawn off to the outside with the aid of a blower 13 . Furthermore, a branch line 14 is connected to the material supply line 7 , which opens directly into the furnace inlet of the rotary kiln 4 .

Im Betrieb der in der Zeichnung dargestellten Zementbrennanlage wird das kalziumkarbonathaltige Zementrohmehl in Pfeilrichtung 15 in die die obersten Zyklone 1 und 2 verbindende Abgasleitung 16 aufgegeben und darin von den heißen, nach oben strömenden Ofenabgasen erfaßt und in den obersten Zyklon 1 ausgetragen. Von hier aus wandert das Zementrohmehl in bekannter Weise im Gegenstrom zu den Abgasen durch die darunter befindlichen Zyklonabscheider 2 und 3, wobei es nach entsprechender Vortrocknung und Kalzinierung über die Gutaustragsleitung 6 des untersten Zyklonabscheiders 3 in den Drehrohrofen 4 gelangt und darin zu Klinker fertiggebrannt wird.In the operation of the cement kiln shown in the drawing, the calcium carbonate-containing raw cement meal is fed in the direction of arrow 15 into the exhaust gas line 16 connecting the uppermost cyclones 1 and 2 and is detected therein by the hot, upward-flowing furnace exhaust gases and discharged into the uppermost cyclone 1 . From here, the cement raw meal migrates in a known manner in countercurrent to the exhaust gases through the cyclone separators 2 and 3 located below it, after corresponding predrying and calcination via the material discharge line 6 of the lowest cyclone separator 3 it enters the rotary kiln 4 and is then burned to clinker.

Durch die an die Ofenabgasleitung 5 gemäß der Erfindung angeschlossene Leitung 7 werden die Stoffe, insbesondere Schlämme, den heißen Ofenabgasen zugeführt, die unter thermischer und/oder katalytischer Einwirkung Ammoniak bilden. Bei der Verwendung von Schlamm, insbesondere von Klärschlamm, ist es verständlich, daß dieser, bevor er in die Ofenabgasleitung 5 eingeführt wird, durch Entwässerung oder dergleichen soweit vorbehandelt wird, daß er rieselfähig ist und von den heißen Ofenabgasen mit nach oben in den Wärmetauscher 3 transportiert werden kann. Auf dem Transportweg durch die Ofenabgasleitung 5 kommt es zu einer Vermischung des Schlammes mit dem aus dem Zyklonwärmetauscher 2 von oben in die Abgasleitung 5 einfließenden heißen kalziumkarbonathaltigen Zementrohmehl, wobei durch thermische und/oder katalytische Einwirkung von CaO auf den Schlamm Ammoniak gebildet wird, der zur Entstickung der Ofenabgase führt. Da insbesondere bei Verwendung von Klärschlamm die im Schlamm vorhandenen Feststoffe entweder Komponenten enthalten, die den Komponenten des Zementrohmehls entsprechen oder aber die sich nicht nachteilig auf das Endprodukt Zement auswirken, wird durch Zugabe dieser Stoffe zur Entstickung der Abgase auch gleichzeitig neben einer wirtschaftlichen Verwertung dieser schlammförmigen Abfallstoffe auch eine Beseitigung dieser sonst schädlichen Abfallprodukte in einfacher und besonders wirtschaftlicher Weise erreicht. Zur Kontrolle und Optimierung der in den aus dem Wärmetauschersystem über die Abgasleitung 11 nach oben hin abgeführten Gase dienen zwei in der Abgasleitung 11 angeordnete Meßsonden 10, wobei mit Hilfe der einen Meßsonde noch etwaige, in den Abgasen vorhandene Stickoxide und mit der anderen Meßsonde 10 in den Abgasen auftretendes Ammoniak gemessen wird. Anhand der jeweils ermittelten Meßwerte wird dann über die Steuerleitung 9 das Zuteilorgan 8 in der Stoffzuführungsleitung 7 betätigt, und zwar derart, daß bei Auftreten von Stickoxiden in den über die Abgasleitung 11 abgeführten Abgasen die der Ofenabgasleitung 5 zugeführte Schlammenge in entsprechendem Maße erhöht und bei Auftreten von Ammoniak in den Abgasen die der Ofenabgasleitung 5 zugeführte Schlammenge entsprechend verringert wird. Der jeweils restliche Anteil, der durch die Stoffzuführungsleitung 7 transportierten Schlammenge wird dann jeweils über die Leitung 14 direkt in den Ofeneinlauf eingeführt und dort mit dem übrigen Material zusammengemischt und im Drehrohrofen 4 zu Zementklinker gebrannt. Die Zugabe von Stoffen, insbesondere von Klärschlamm, zu dem kalziumkarbonathaltigen Material, das heißt zum Zementrohmehl, im Bereich der Ofenabgasleitung 5 ist besonders deshalb sehr vorteilhaft, weil die Ofenabgase in diesem Bereich gegebenenfalls durch Zumischen von Kühlerabluft eine Temperatur von etwa 900 bis 950°C aufweisen beziehungsweise eine Temperatur aufrechterhalten werden kann, bei der sowohl die Ammoniakbildung aus dem ammoniakhaltigen Material als auch die Umwandlung der in den Abgasen vorhandenen Stickoxide in unschädliche Abgasbestandteile bei optimalen Bedingungen, insbesondere hinsichtlich der Reaktionsgeschwindigkeit und der Umsetzungsgeschwindigkeit, erfolgen. In diesem Zusammenhang sei auch noch darauf hingewiesen, daß dem kalziumkarbonathaltigen Material, insbesondere dem Zementrohmehl, außer Schlamm auch beliebig andere, für das Endprodukt nicht schädliche Stoffe zugegeben werden können, die unter thermischer und/oder katalytischer Einwirkung Ammoniak bilden, um dadurch eine Entstickung der Abgase zu bewirken.Through the line 7 connected to the furnace exhaust gas line 5 according to the invention, the substances, in particular sludge, are fed to the hot furnace exhaust gases which form ammonia under thermal and / or catalytic action. When using sludge, in particular sewage sludge, it is understandable that, before it is introduced into the furnace waste gas line 5 , it is pretreated by drainage or the like to such an extent that it is free-flowing and from the hot furnace waste gases upwards into the heat exchanger 3 can be transported. On the transport route through the kiln exhaust gas line 5 , the sludge is mixed with the hot calcium carbonate-containing cement raw meal flowing from the cyclone heat exchanger 2 into the exhaust gas line 5 from above, ammonia being formed by thermal and / or catalytic action of CaO on the sludge, which then leads to ammonia Denitrification of the furnace exhaust leads. Since, especially when using sewage sludge, the solids present in the sludge either contain components that correspond to the components of the cement raw meal or that do not have a detrimental effect on the end product cement, the addition of these substances for denitrification of the exhaust gases also results in an economic utilization of these sludge-like products Waste also eliminates these otherwise harmful waste products in a simple and particularly economical manner. Two measuring probes 10 arranged in the exhaust pipe 11 are used to control and optimize the gases discharged upwards from the heat exchanger system via the exhaust pipe 11 , with the help of one measuring probe any nitrogen oxides present in the exhaust gases and the other measuring probe 10 in ammonia occurring in the exhaust gases is measured. Based on the measured values determined in each case, the metering element 8 in the stock feed line 7 is then actuated via the control line 9 , in such a way that when nitrogen oxides occur in the exhaust gases discharged via the exhaust line 11 , the amount of sludge supplied to the furnace exhaust line 5 is increased to a corresponding extent and when it occurs of ammonia in the exhaust gases, the amount of sludge supplied to the furnace exhaust line 5 is reduced accordingly. The remaining portion of the sludge transported through the material feed line 7 is then introduced directly into the furnace inlet via line 14 and mixed there with the remaining material and burned in the rotary kiln 4 to cement clinker. The addition of substances, in particular sewage sludge, to the calcium carbonate-containing material, that is to say the cement raw meal, in the area of the kiln exhaust gas line 5 is particularly advantageous because the kiln exhaust gases in this area may have a temperature of approximately 900 to 950 ° C. by admixing cooler exhaust air have or maintain a temperature at which both the ammonia formation from the ammonia-containing material and the conversion of the nitrogen oxides present in the exhaust gases into harmless exhaust gas components take place under optimal conditions, in particular with regard to the reaction rate and the rate of conversion. In this context, it should also be noted that the calcium carbonate-containing material, in particular the cement raw meal, besides sludge, any other substances which are not harmful to the end product and which form ammonia under thermal and / or catalytic action can be added, thereby denitrifying the To cause exhaust gases.

Claims (6)

1. Verfahren zur Entstickung von Abgasen aus Anlagen, in denen kalziumkarbonathaltiges Material, insbesondere Zementrohmehl thermisch behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem kalziumkarbonathaltigen Material Stoffe zugegeben werden, die unter thermischer und/oder katalytischer Einwirkung Ammoniak bilden, und deren Komponenten im wesentlichen den thermisch behandelten Materialien entsprechen.1. A process for denitrification of exhaust gases from plants in which calcium carbonate-containing material, in particular cement raw meal is thermally treated, characterized in that substances are added to the calcium carbonate-containing material which form ammonia under thermal and / or catalytic action, and their components essentially the thermal treated materials. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem kalziumkarbonathaltigen Material als Ammoniak bildende Stoffe bei erhöhten Temperaturen Schlamm, insbesondere Klärschlamm, zugegeben werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the calcium carbonate-containing material as ammonia Substances at elevated mud temperatures, in particular Sewage sludge. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe von Klärschlamm zu dem kalziumkarbonathaltigen Material bei Temperaturen zwischen etwa 700 und 1000°C, vorzugsweise bei 950°C erfolgt.3. The method according to claim 2, characterized in that the addition of sewage sludge to the calcium carbonate Material at temperatures between about 700 and 1000 ° C, preferably at 950 ° C. 4. Zementbrennanlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen aus mehreren Zyklonen (1, 2, 3) bestehenden Wärmetauscher und einen dem Wärmetauscher nachgeschalteten Drehrohrofen (4), der über eine Abgasleitung (5) mit dem untersten Zyklon (3) des Wärmetauschers unmittelbar in Verbindung steht, wobei an die Abgasleitung (5) eine Zuführungsleitung (7) für Stoffe, die unter thermischer und/oder katalytischer Einwirkung Ammoniak bilden, insbesondere für Schlamm, angeschlossen ist. 4. cement burning plant for carrying out the method according to claims 1 to 3, characterized by a heat exchanger consisting of several cyclones ( 1 , 2 , 3 ) and a downstream of the heat exchanger rotary kiln ( 4 ) via an exhaust pipe ( 5 ) with the lowest cyclone ( 3 ) of the heat exchanger is directly connected, a supply line ( 7 ) for substances which form ammonia under thermal and / or catalytic action, in particular for sludge, being connected to the exhaust line ( 5 ). 5. Zementbrennanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stoffzuführungsleitung (7) ein Zuteilorgan (8) angeordnet ist, welches über eine Meßleitung (9) mit Meßsonden (10) in Verbindung steht, die in der nach oben hin aus dem Wärmetauscher austretenden Abgasleitung (11) angeordnet sind.5. Cement burning plant according to claim 4, characterized in that in the stock feed line ( 7 ) a metering member ( 8 ) is arranged, which is connected via a measuring line ( 9 ) with measuring probes ( 10 ), which in the upwards out of the heat exchanger exiting exhaust pipe ( 11 ) are arranged. 6. Zementbrennanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Stoffzuführungsleitung (7) eine Zweigleitung (14) angeschlossen ist, die unmittelbar in den Ofeneinlauf des Drehrohrofens (4) mündet.6. Cement burning plant according to claim 4 or 5, characterized in that a branch line ( 14 ) is connected to the stock feed line ( 7 ) which opens directly into the kiln inlet of the rotary kiln ( 4 ).
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