DE3717193A1 - Verfahren zur minderung der desaktivierung von denox-katalysatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Minderung der Desaktivierung von Denox-Katalysatoren, die bei Schmelzkammerfeuerungen mit Staubrückführung im Rauch­ gasstrom vor der Rauchgasentschwefelungsanlage eingesetzt sind.

Bei Schmelzkammerfeuerungen ist es bekannt, im Rauchgaskanal vor der Rauchgasentschwefelungsanlage Staubabscheideranlagen einzusetzen und den von diesen Staubabscheideranlagen abgeschie­ denen Staub in die Brennkammer der Schmelzkammerfeuerung zurück­ zuführen. Dadurch wird erreicht, daß der sehr feine und nur in geschlossenen Behältern transportierbare Staub in der Schmelz­ kammer aufschmilzt, an den Wänden derselben in geschmolzenem Zustand herabfließt und am unteren trichterförmigen Ende der Schmelzkammer in ein dort angebautes Wasserbad fließt. Dabei wird er in ein Granulat umgeformt. Dieses Granulat ist leicht trans­ portierbar, deponierbar und darüber hinaus vielseitig einsetzbar.

Bei diesen Schmelzkammerfeuerungsanlagen mit meist 100%iger Ascherückführung kommt es aber zur Aufkonzentration von Arsen­ oxid und anderen Schwermetallen in den im Kreislauf transpor­ tierten Asche-und Staubpartikeln sowie im Rauchgas. Wegen des hohen Arsengehaltes sind in diesem Bereich der Rauchgasleitung keine Katalysatoren, insbesondere keine Denox-Katalysatoren einsetzbar, weil sie durch das sich auf ihnen niederschlagende Arsen wie auch anderer Schwermetalle und Katalysatorgifte in unverhältnismäßig kurzer Zeit desaktiviert werden würden.

Bei solchen Schmelzkammerfeuerungsanlagen ist es bekannt, die Entstickungsanlage hinter dem Staubabscheider und der dem Staubabscheider nachgeschalteten Rauchgasentschwefelungsanlage anzuordnen. Hinter der Rauchgasentschwefelungsanlage besitzt das entschwefelte Rauchgas wegen der Naßwäsche aber nur noch eine Temperatur von ca. 65°C. Die Betriebstemperaturen bekannter Denox-Anlagen liegen aber bei 350° bis 450°C. Dies führt zu hohen Investitions- und vor allem auch zu hohen Betriebskosten für die Wiederaufheizung der Rauchgase hinter der Rauchgasentschwefe­ lungsanlage vor deren Einleitung in die Denox-Anlage.

Die Entwicklung eines arsenresistenten Katalysators hat bisher zu keinem Erfolg geführt. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Arsengehalt in dem Rauchgaskanal zwischen Schmelz­ kammerfeuerung und Staubabscheideranlage bei Schmelzkammerfeue­ rungen mit Staubrückführung soweit abzusenken, daß sich die Desaktivierung von Denox-Katalysatoren in vertretbaren Grenzen hält.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Ansprüchen 2-11 zu entnehmen.

Bereits eine verhältnismäßig geringfügige Entziehung von Arsen und weiteren Katalysatorgiften aus dem Flugstaub führt wegen der durch die Rezirkulation bedingten Verstärkungseffekte zu einer bedeutenden Absenkung des Gehalts an Arsen und Katalysat­ orgiften im Rauchgas von Schmelzkammerfeuerungen mit 100%iger Staubrückführung.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann bei der Wärmebehandlung des abgeschiedenen Flugstaubes diesem vor der Rückführung in die Schmelzkammer der größte Teil des Arsens und anderer Katalysatorgifte entzogen werden. Diese verdampfen bei der hohen Temperatur und können dann an kühleren Oberflächen wieder abgeschieden werden. Diese Austreibung des Arsens und der weiteren Katalysatorgifte aus dem abgeschiedenen Flugstaub hat zur Folge, daß sich beispielsweise die in der Schmelzkammer und im Rauchgaskanal rezirkulierende Arsenmenge deutlich ver­ mindern läßt.

Der Aufwand für die Austreibung des Arsens und der weiteren Katalysatorgiftstoffe läßt sich begrenzen, wenn in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung nur der Feinstaub der Wärmebehand­ lung unterzogen wird. Diese Weiterbildung beruht auf der Er­ kenntnis, daß das meiste Arsen am Feinstaub und nicht an den gröberen Staubteilchen gebunden ist und es daher genügt, nur den Feinstaubanteil zu behandeln.

Die Austreibung des Arsens und der weiteren Katalysatorgifte läßt sich in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung dadurch verbessern, daß die Wärmebehandlung bei vermindertem Druck durchgeführt wird. Diese Maßnahme vermindert den Energiebedarf für die Austreibung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand zweier Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schmelzkammer­ feuerung mit 100%iger Staubrückführung und einer in der Staubrückführleitung eingebauten Anlage zur Aus­ lagerung des Flugstaubes und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer anderen Schmelzkammer­ feuerungsanlage mit ebenfalls 100%iger Staubrückfüh­ rung und einer in der Staubrückführleitung eingebauten Ausheizstufe.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Schmelz­ kammerfeuerungsanlage 1 mit einer Schmelzkammer 2 und im Rauch­ gaskanal 3 der Schmelzkammer hintereinander geschaltete Denox- Anlage 4, Staubabscheideranlage 5, Rauchgasentschwefelungsan­ lage 6 und Kamin 7. Die Staubabscheideranlage 5 ist mit ihren Staubauffangtrichtern 8, 9, 10 an eine Staubrückführleitung 11 angeschlossen, die in die Schmelzkammer 2 zurückführt. In dieser Staubrückführleitung 11 ist eine Anlage 12 zur Auslau­ gung des Flugstaubes eingebaut. Diese Anlage beinhaltet ein Rührbecken 13, eine Zugabeeinrichtung 14 für das Lösungsmittel, im vorliegenden Fall von Natronlauge, einen Rührer 15, einen Feststofförderer 16 und eine Filtervorrichtung 17 zur Abtren­ nung der Feststoffpartikel von der flüssigen Phase sowie eine hier nur angedeutete Einrichtung 18 zur Wiederaufbereitung des Lösungsmittels.

Beim Betrieb der Schmelzkammerfeuerungsanlage 1 wird über die Brennstoffzufuhrleitung 19 Brennstoff und über die Frischluft­ leitung 20 Luft in die Schmelzkammer 2 eingeblasen. Die in der Schmelzkammer erzeugten Rauchgase gelangen über die Rauchgas­ leitung 3 in die Denox-Anlage 4, wo in hier nicht weiter darge­ stellter Weise Ammoniak beigemischt wird und in der das Ammoniak- Rauchgas-Gemisch z.B. an titanoxid- und vanadiumoxidhaltigen Katalysatoren vorbeistreicht. Das staubbeladene, aber weit­ gehend entstickte Rauchgas gelangt anschließend in die Staubab­ scheideranlage 5, im vorliegenden Fall einer Elektrofilteran­ lage, in der zunächst die groben und dann die feinen und schließlich die sehr feinen Staubteile abgeschieden werden. Das entstaubte Rauchgas durchströmt anschließend die Rauchgasent­ schwefelungsanlage 6, bevor es über einen hier nicht darge­ stellten Wärmetauscher in den Kamin 7 gelangt.

Der in der Staubabscheideranlage 5 aufgefangene Staub gelangt über die Staubrückführleitung 11 in die Anlage 12 zur Auslauge des Flugstaubes. Dort wird der Flugstaub in das Rührbecken 13 befördert und mit dem zugegebenen Auslaugmittel - im vorlie­ genden Fall Natronlauge - verrührt. Der Feststoff wird über die Feststofförderer 16 ausgetragen und in eine Filtriervorrichtung 17 befördert, wo der Feststoff von den Auslaugmitteln wieder abgetrennt wird. Während der ausgelaugte und filtrierte Fest­ stoff bzw. Flugstaub wieder in die Schmelzkammer 2 zurückge­ führt wird, wird die flüssige Phase über eine hier nur ange­ deutete Einrichtung 18 zur Wiederaufbereitung in das Rührbecken 13 zurückgeleitet.

Der in die Brennkammer 2 zurückgeführte ausgelaugte Staub schmilzt dort zum größten Teil auf, vereinigt sich zu größeren Tropfen und fließt an den Wänden der Brennkammer 2 herab in einen am unteren Ende der Brennkammer vorgesehenen wassergekühlten Aschetrichter 21. Dort erstarrt er zu einem Granulat. Die rest­ liche Menge des Flugstaubes wird mit dem Rauchgas erneut in den Rauchgaskanal ausgetragen. Durch die Ausscheidung des Arsens und der übrigen Katalysatorgifte aus dem Flugstaub wird die Aufkonzentration desselben im Rauchgas vermieden, so daß der dort vorhandene Arsenanteil auf einen Wert fällt, der die Standzeit der verwendeten Denox-Katalysatoren nicht übermäßig begrenzt.

Auch bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Schmelzkammerfeuerungsanlage 23 ist die Schmelzkammer 24 wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 an eine Brennstoffzufuhrleitung 25 und an eine Frischluftleitung 26 angeschlossen und ist im Rauch­ gaskanal 27 eine Denox-Anlage 28, eine Elektrofilteranlage 29, eine Rauchgasentschwefelungsanlage 30 und der Kamin ange­ schlossen. Abweichend vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist je­ doch keine Anlage zur Auslaugung des Flugstaubes in die Staub­ rückführleitung 32 eingebaut, sondern eine Ausheizstufe 33. Nur die letzte Stufe 34 der Elektrofilteranlage 29 ist an die Ausheizstufe 33 angeschlossen. Dagegen sind die erste und zweite Stufe 35 und 36 der Elektrofilteranlage 29 an eine Staub­ rückführleitung 37 angeschlossen, die direkt in die Schmelz­ kammer 24 führt. Die die Ausheizstufe 33 verlassende Rückführ­ leitung 38 für den von Arsen und die übrigen Katalysatorgifte befreiten Feinstaub wird in die Staubrückführleitung 37 der übrigen Stufen 35, 36 der Elektrofilteranlage 39 eingeleitet.

Beim Betrieb dieser Schmelzkammerfeuerungsanlage 23 werden ebenso wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die die Schmelz­ kammer 24 verlassenden Rauchgase zunächst in der Denox Anlage 28 entstickt und sodann in der Elektrofilteranlage 29 vom Flug­ staub befreit, bevor sie in die Rauchgasentschwefelungsanlage 30 und zum Kamin 31 gelangen. Abweichend vom Ausführungsbei­ spiel der Fig. 1 werden jedoch die in der letzten Stufe 34 der Elektrofilteranlage 29 abgeschiedenen Feinstaubanteile in die Ausheizstufe 33 geleitet und dort von Arsen und den übrigen Katalysatorgiften befreit. Dabei werden die Staubteilchen von einem elektrisch oder über andere Heizenergiequellen aufgeheiz­ ten Umlaufgasstrom nach Art eines Wirbelbettes durchströmt. Das heiße Umlaufgas heizt den Staub auf, verdampft das Arsen und weitere im Staub enthaltene Schwermetalle und Katalysatorgifte und nimmt diese mit. Diese heißen Umlaufgase streifen anschließend an gekühlten Oberflächen, wie z.B. Kühlrohren der Ausheizstufe 33 entlang, wobei sich das Arsen und die übrigen Katalysatorgifte an der kalten Oberfläche niederschlagen. Der so ausgeheizte Staub wird sodann über die Staubrückführleitung 37 in die Brennkammer zurückgeführt, die durch Kondensation oder Adsorption von Arsen und anderen Katalysatorgiften befreiten Abgase der Ausheizstufe werden in den Kessel oder in den Rauchgaskanal zurückgeführt.

Die Beschränkung der Ausheizung des ausgeschiedenen Flugstaubes auf die Feinstbestandteile der letzten Stufe 34 beruht auf der Erkenntnis, daß die feinsten Flugstaubteilchen prozentual den größten Arsengehalt und Gehalt an Katalysatorgiften enthalten. Das hat zur Folge, daß die Ausheizstufe 33 kleiner ausgeführt werden kann, ohne daß dies nennenswerte Anreicherungen von Arsen und Katalysatorgiften im Rauchgas zur Folge hätte. Auch bei dieser Anlage 23 wird der in die Schmelzkammer 24 zurück­ geführte Staub in der Schmelzkammer zu einem großen Teil auf­ geschmolzen und in dem wassergekühlten Ascheabzug 39 in Granu­ lat umgewandelt.

Die Aufheizung des in der Staubabscheideranlage abgeschiedenen Flugstaubes bzw. Flugasche kann in der Ausheizstufe 33 auch da­ durch erfolgen, daß dieser indirekt in einer Drehtrommel im Chargenbetrieb oder kontinuierlich aufgeheizt und die Gasphase nach erfolgter Aufheizung abgesaugt wird. Bei der Aufheizung verdampfen das Arsen und weitere im Staub enthaltene Schwer­ metalle. Letztere befinden sich dann in der Gasphase, die abge­ saugt wird. Die schwermetallhaltige Gasphase wird über einen Kondensator geleitet, wobei sich das Arsen und die übrigen Katalysatorgifte an der kalten Oberfläche niederschlagen. Von Zeit zu Zeit wären diese Niederschlage von der Oberfläche ab­ zulösen. Eine andere Möglichkeit der Schwermetallabscheidung aus der Gasphase wäre die Adsorption, z.B. an Aktivkohle, welche sodann entsorgt werden müßte. Das Abgas der Ausheiz­ stufe, das von Arsen und Schwermetallen befreit ist, kann wahl­ weise in den Kanal oder in den Rauchgaskanal zurückgeleitet werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Minderung der Desaktivierung von Denox-Kata­ lysatoren, die bei Schmelzkammerfeuerungen mit Staubrückführung im Rauchgasstrom vor der Rauchgasentschwefelungsanlage einge­ setzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem abgeschiedenen Flugstaub vor Rückführung in die Schmelzkammer (2, 24) Arsen und weitere Katalysatorgifte entzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeschiedene Flugstaub zur Austreibung des Arsens und der weiteren Katalysatorgifte einer Wärmebehandlung unterzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Arsen und die weiteren Katalysatorgifte nur dem Fein­ staub entzogen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei vermindertem Druck erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeschiedene Flugstaub durch Auslaugung von Arsen und den weiteren Katalysatorgiften befreit wird.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Staub in einem Rührbecken mit Natronlauge oder anderen Lösungsmitteln vermischt und am Ende desselben abgefiltert wird.

7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 mit einer Schmelzkammerfeuerung, einer im Rauchgaskanal angeord­ neten Anlage zur Minderung der Stickoxide mittels katalytischer Reduktion und einer der Anlage zur Minderung der Stickoxide nach­ geschalteten Staubabscheideranlage mit einer in die Schmelz­ kammer zurückführenden Staubrückführleitung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausheizstufe (33) für den Flugstaub in die Staubrück­ führleitung (32, 37, 38) zwischen Staubabscheideranlage (5) und Schmelzkammer (24) eingebaut ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausheizstufe (33) bei Verwendung einer mehrstufigen Elektrofilteranlage (29) nur in die Staubrückführleitung (32) der letzten Elektrofilterstufe (34) eingebaut ist und mit ihrer Rückführleitung (38) an die Staubrückführleitung (37) der übrigen Elektrofilterstufen (35, 36) angeschlossen ist.

9. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausheizstufe (33) eine Vorrichtung zur Arsenausschleu­ sung beinhaltet.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Arsen mittels eines im Kreislauf geführten Gases aus dem aufgeheizten Staub ausgetrieben und an gekühlten Oberflächen der Ausheizstufe (33) kondensiert wird.

11. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 mit einer Schmelzkammerfeuerung, mit einer im Rauchgaskanal an­ geordneten Anlage zur Minderung der Stickoxide mittels kataly­ tischer Reduktion und einer der Anlage zur Minderung der Stick­ oxide nachgeschalteten Staubabscheideranlage mit einer in die Schmelzkammer zurückführenden Staubrückführleitung, dadurch gekennzeichnet, daß in die Staubrückführleitung (11) zwischen Staubabscheider­ anlage (5) und Schmelzkammer (2) eine Anlage (12) zur chemischen Auslaugung der Asche in wäßriger Lösung eingebaut ist.