DE3635027A1 - Direktentschwefelungsverfahren mit flugstaubrueckfuehrung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Schadgasverbindungen enthaltendem Abgas einer Feuerung einer Verbrennungsanlage, insbesondere einer Feuerung mit aschearmer Brennstoffversorgung oder einer Rostfeuerung mit hohem Entaschungsgrad, mittels eines staubförmigen, basischen Additives, an dem die in der Feuerung entstehenden Schadgasverbindungen sorbiert werden, wobei im Abgas mitgeführter Flugstaub, insbesondere Flugasche- Additiv-Gemisch vom Abgas getrennt, zumindest ein Teil des abgetrennten Flugstaubes hydratisiert und gesichtet wird, und wobei anschließend mindestens ein Teilstrom des trockenen Flugstaubes zur Abgasreinigung rückgeführt wird.

Verfahren, bei denen die Schadgase mittels eines basischen Additives im Bereich einer Feuerung einer Verbrennungsanlage, beispielsweise eines Dampferzeugers eingebunden werden, lassen sich in die Gruppe der primären Abgasreinigungsverfahren einordnen. Als Schadgase können neben Schwefel- auch Halogenverbindungen, wie HCl und HF, im Abgas vorliegen. Unter dem Begriff Flugstaub ist in der Beschreibung und in den Patentansprüchen aus der Abgasreinigung entstammendes Additiv sowohl mit als auch ohne Begleitung von aus dem Brennstoff stammender Flugasche zu verstehen. Als Additive werden beispielsweise Hydroxid- oder Carbonatverbindungen der Metalle Calcium oder Magnesium und Mischungen derselben, vorzugsweise aber Kalkstein eingesetzt. Hauptproblem der Verfahren ist, daß das Additiv nur zum Teil ausgenutzt werden kann. Ein zu beachtendes Kriterium ist dabei die Reaktionstemperatur zur Schadgaseinbindung, die in Abhängigkeit vom Temperatur-Zeitverhalten des eingesetzten Additives, möglichst nicht höher als 1250°C liegen darf, wenn sowohl eine Versinterung des oberflächenaktiven Additives als auch eine Verkapselung des Additives durch eine aus der Feuerung stammende Flugasche vermieden werden soll.

Ein anderes Kriterium ist die effektive Verweilzeit des Additives in dem von den Schadgasverbindungen zu reinigenden Abgasstrom, die insbesondere vom Zumischen und Verteilen des Additives im Abgas wie auch von der Verweildauer in der Verbrennungsanlage sehr stark beeinflußt wird. Alle Verfahrensverbesserungen beinhalten daher Maßnahmen, die auf eine Erhöhung der Additivausnutzung und damit auch auf den Reinigungsgrad ausgerichtet sind.

Aus der DE-OS 34 28 502 ist ein Verfahren zur trockenen Entschwefelung von Flugasche enthaltendem Abgasen, beispielsweise Abgasen aus einem mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger, bekannt, nach dem als Additiv eingesetzter Kalksteinstaub im Bereich der Feuerung aufgegeben, nach einer bestimmten Verweilzeit im Abgasstrom zusammen mit der begleitenden Flugasche als Flugstaub abgeschieden und anschließend nach einer Behandlung mit trockenem Wasserdampf wieder in den bereits abgekühlten Abgasstrom rückgeführt wird. Bei der Wasserdampfbehandlung wird das Additiv durch einen Wasserdampfstrahl im Unterteil eines Wirbelbettes, das ähnlich einer Strahlmühle zwei entgegengerichtete Strahldüsen besitzt, zerkleinert, womit eine neue aktive Oberfläche am Additivkorn geschaffen wird. Gleichzeitig wird nicht umgesetztes, freies Calciumoxid durch den Wasserdampf hydratisiert. Diese Maßnahmen werden jedoch durch die Geschwindigkeit von der exotherm verlaufenden Hydratisierung, von der Beschaffenheit des abgeschiedenen Flugasche-Additiv-Gemisches wie auch vom Wasser/Calciumoxid-Verhältnis bestimmt. So nimmt beispielsweise die Agglomerationsbildung der Additiv-Partikel zu, wenn das Wasser/Calciumoxid- Verhältnis abnimmt. Ein Agglomerationsbildung wirkt aber der Bildung neuer Oberflächen durch Zerkleinerung der Additiv-Partikel entgegen, wodurch sich eine angestrebte Verfahrensverbesserung faktisch auf eine Erhöhung der Verweilzeit durch Rückführung des behandelten Flugasche-Additiv-Gemisches in den abgekühlten Abgasstrom beschränkt. Darüberhinaus belastet die Verwendung von trockenem Wasserdampf, der überdies nach dem bekannten Verfahren nicht kondensieren soll, die Energiebilanz des Verfahrens.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren in Richtung einer höheren Verweilzeit und Ausnutzung des Additives im zu reinigenden Abgasstrom wie auch in Richtung eines höheren Reinigungsgrades unter Vermeidung der zuvor aufgezeigten Probleme noch weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Hydratisierung durch homogenes Vermischen des unzerkleinerten Flugstaubes mit fein versprühtem Wasser erfolgt, und daß die Rückführung des Teilstromes des Flugstaubes in die Feuerung der Verbrennungsanlage vorgenommen wird.

Die Hydratisierung mit fein versprühtem Wasser beruht auf der Diffusion von Wasser-Molekülen durch die Oberflächenhülle in das Innere der unzerkleinerten Flugstaubpartikel. In Verbindung mit der Rückführung des derart behandelten Staubes in den Bereich der Feuerung der Verbrennungsanlage wird erreicht, daß einerseits die zur Schadgaseinbindung erforderliche aktive Oberfläche am Additivkorn hauptsächlich erst im Reaktionsraum durch temperaturbedingtes Aufsprengen der Partikel gebildet, andererseits die Verweilzeit eines Teiles des eingesetzten Additives nahezu verdoppelt wird. Damit läßt sich in vorteilhafter Weise sowohl ein hoher Reinigungsgrad, insbesondere ein Entschwefelungsgrad von ca. 80% erreichen, als auch der Energie- und Additivbedarf verringern.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Hydratisierung mit Wasser in überstöchiometrischer Menge vorgenommen wird. Dabei sollte die fein versprühte Wassermenge entsprechend dem Calciumoxid-Gehalt des Flugstaubes eingestellt werden.

Zweckmäßig kann es dabei sein, daß nach der Hydratisierung ein Wasserüberschuß im Flugstaub durch Trocknung entfernt wird. Damit soll vermieden werden, daß die im Gemisch vorhandene Feuchtigkeit, die schon bei einem kleinen Wasserüberschuß oder einer kleinen Inhomogenität zum Verkleben und Anpappen des Flugstaubes führt, erhebliche Betriebsstörungen hervorruft.

Da die Hydratisierung ein exothermer Vorgang ist, kann es besonders zweckmäßig sein, wenn der nach der Hydratisierung vorliegende Wasserüberschuß im Flugstaub durch autotherme Trocknung entfernt wird, um so einen rieselfähigen Flugstaub zu erhalten.

Unterwirft man ein staubförmiges Gemisch einer Sichtung, dann fallen Kornfraktionen an, in denen bestimmte Partikel angereichert bzw. verarmt vorliegen. Aus diesem Grunde kann es zweckmäßig sein, wenn der rückzuführende Teilstrom durch Sichtung vor und/oder nach der Hydratisierung erhalten wird, damit das Calciumoxid bzw. Calciumhydroxid in angereicherter Menge im jeweiligen Teilstrom vorliegt. Auf diese Weise läßt sich der Ausnutzungsgrad des Additives bzw der Reinigungsgrad weiter steigern.

Weiterhin ist es besonders zweckmäßig wenn als basisches, staubförmiges Additiv Calciumhydroxid oder Calciumcarbonat verwendet wird.

Desweiteren erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn der rückgeführte Teilstrom des Flugstaubes dem frischen, der Feuerung zuzuführenden Additiv beigemischt wird.

Eine bevorzugte Verfahrensführung soll nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden:

Über einer Rostfeuerung (1) eines Dampferzeugers (2) und getrennt von einer Brennstoffzuführung (3) wird über mindestens einer Aufgabestelle (4) staubförmiges, basisches Additiv, vorzugsweise Calciumhydroxid, aus einem Additiv-Vorratsbehälter (5) mittels Luft als Trägerstrom in einen heißen, Flugasche, Schwefel- und Halogenverbindungen enthaltenden Abgasstrom (6) unter optimaler Vermischung und Verteilung eingetragen. Die Aufgabestelle (4) befindet sich an einer Stelle der Feuerung (1), an der der Abgasstrom bereits eine Temperatur aufweist, die eine Versinterung der reaktionsaktiven Oberfläche des Additives und eine Verkapselung mit der begleitenden Flugasche vermeidet. Das staubhaltige Abgas wird nachfolgend über Heizflächen des Dampferzeugers (2) geführt, wobei es sich zunächst innerhalb von ein bis zwei Sekunden auf ca. 750°C abkühlt. Nach weiterer Abkühlung gelangt der Abgasstrom (6) zu einer Staubabscheidung (7), beispielsweise einem Gewebefilter, in dem eine Trennung von Staub und Abgas vorgenommen wird. Das nahezu staubfreie Abgas (8) wird mittels eines Saugzuggebläses (9) über einen Kamin (10) nach außen geführt.

Das im Staubabscheider (7) anfallende Flugasche-Additiv- Gemisch (11) wird einem ersten Sichter (12) zugeführt, aus dem eine mit Calciumoxid angereicherte Fraktion (13) abgezweigt und einer Wasserbehandlung unterworfen wird. Bei der Wasserbehandlung wird der mit Calciumoxid angereicherte Fraktionsteilstrom (13) mit fein versprühtem Wasser (14) in geringfügig überstöchiometrischer Menge in einem Mischer (15) befeuchtet. Das derart befeuchtete Flugasche-Additiv-Gemisch (16) gelangt nun in ein Reaktionsgefäß (17), in dem eine nahezu vollständige Hydratisierung des Flugasche-Additiv-Gemisches stattfindet. Da die Hydratisierung ein exothermer Prozeß ist, verdampft im Reaktionsgefäß (17) das im Flugasche- Additiv-Gemisch (16) überschüssige Wasser. Der dabei entstehende Dampf entweicht aus dem Reaktionsgefäß (17) über ein Abdampfrohr (18). Die Hydratisierung wird verfahrensmäßig so geführt, daß aus dem Reaktionsgefäß (17) ein trockenes bzw. rieselfähiges Flugasche-Additiv- Gemisch (19) abgeführt und einem weiteren Sichter (20) zugeführt wird. Der aus dem Sichter anfallende Fraktionsteilstrom (21), in dem das Calciumhydroxid angereichert ist, wird in einem Zwischenbehälter (22) gelagert, aus dem mindestens ein Teilstrom (23) des behandelten Flugasche-Additiv-Gemisches dem aus dem Vorratsbehälter (5) kommenden, frischen Additiv in einer Zumisch- und Fördereinrichtung (24) vor Eintritt in die Rostfeuerung (1) beigemengt wird.

In Abhängigkeit von der Beschaffenheit des abgeschiedenen Flugasche-Additiv-Gemisches (11) bzw. der Verfahrensführung der Hydratisierung im Bereich des Mischers (15) bzw. Reaktionsgefäßes (17) besteht die Möglichkeit, auf den ersten Sichter (12) oder den anderen Sichter (20) bzw. auf beide Sichter gänzlich zu verzichten. Ein nicht zur Direktentschwefelung rückgeführter Teilstrom an behandeltem Flugasche-Additiv-Gemisch (25) wird aus dem Zwischenbehälter (22) einer Mischeinrichtung (26) zugeführt, wo er zum Zwecke der weiteren Entsorgung (27) erneut mit Wasser (28) behandelt wird. Dabei ist vorgesehen, daß in der Mischeinrichtung (26) dem zu entsorgenden Flugasche-Additiv-Gemisch (25) unter der Rostfeuerung (1) anfallende Rostasche (29), ein aus dem Sichter (12) anfallender, an Calciumoxid verarmter Fraktionsteilstrom (30) und/oder ein aus dem Sichter (20) anfallender an Calciumhydroxid verarmter Fraktionsteilstrom (31) zugemischt werden kann.

Erfindungsgemäß besteht auch die Möglichkeit, daß der zu der Rostfeuerung (1) rückgeführte Teilstrom an behandeltem Flugasche-Additiv-Gemisch unter Verzicht der Zumisch- und Fördereinrichtung (24) über eine eigene Aufgabeeinrichtung in die Feuerung aufgegeben wird.

Claims (7)

1. Verfahren zum Reinigen von Schadgasverbindungen enthaltendem Abgas einer Feuerung einer Verbrennungsanlage, insbesondere einer Feuerung mit aschearmer Brennstoffversorgung oder einer Rostfeuerung mit hohem Entaschungsgrad, mittels eines staubförmigen, basischen Additives, an dem die in der Feuerung entstehenden Schadgasverbindungen sorbiert werden, wobei im Abgas mitgeführter Flugstaub, insbesondere Flugasche-Additiv-Gemisch vom Abgas getrennt, zumindest ein Teil des abgetrennten Flugstaubes hydratisiert und gesichtet wird, und wobei anschließend mindestens ein Teilstrom des trockenen Flugstaubes zur Abgasreinigung rückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydratisierung durch homogenes Vermischen des unzerkleinerten Flugstaubes mit fein versprühtem Wasser erfolgt, und daß die Rückführung des Teilstroms des Flugstaubes in die Feuerung der Verbrennungsanlage vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydratisierung mit Wasser in überstöchiometrischer Menge vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Hydratisierung ein Wasserüberschuß im Flugstaub durch Trocknung entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Hydratisierung ein Wasserüberschuß im Flugstaub durch autotherme Trocknung entfernt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rückzuführende Teilstrom durch Sichtung vor und/oder nach der Hydratisierung erhalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als basisches, staubförmiges Additiv Calciumhydroxid oder Calciumcarbonat verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der rückgeführte Teilstrom des Flugstaubes dem frischen, der Feuerung zuzuführenden Additiv beigemischt wird.