DE3719138A1 - Verbrennungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungsanlage mit einer Brennkammer, einem Rauchgaskanal und im Rauchgaskanal angeordneter katalytischer Denox-Anlage und Staubfilteranlage.

Bei bekannten Verbrennungsanlagen mit im Rauchgaskanal ange­ ordneter katalytischer Denox-Anlage besteht das Problem, daß die Katalysatoren durch Arsenoxid, arsenhaltige und andere Katalysatorgifte mit der Zeit desaktiviert werden. Diese Desaktivierung ist bei Verbrennungsanlagen mit Staubrückführung so stark, daß sie einen sinnvollen Einsatz von katalytischen Denox-Anlagen vereitelt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, wie die Desaktivierung der Katalysatoren von Denox- Anlagen durch im Rauchgas mitgeführtes Arsenoxid und anderer, meist in oxidischer Form mitgeführter Katalysatorgifte wie Antimon und Quecksilber verringert werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Ansprüchen 2 bis 12 zu entnehmen.

Die Standzeit von Denox-Katalysatoren im Rauchgas läßt sich erfindungsgemäß dadurch steigern, daß im Rauchgasweg Arsenoxid und andere Katalysatorgifte absorbierende Materialien einge­ setzt sind. Diese Materialien haben die Eigenschaft, das Arsen­ oxid und die anderen, meist in oxidischer Form vorliegenden Katalysatorgifte, sei es durch Physisorption oder Chemisorption zu adsorbieren, so daß der Denox-Anlage hinter diesem Absorber ein Rauchgas zugeführt werden kann, bei dem der Anteil an Katalysatorgiften stark vermindert ist.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn in zweck­ mäßiger Ausgestaltung der Erfindung als Adsorbens Silikagel, Eisenoxid, Manganoxid, Titanoxid, Molybdänoxid, Erdalkalioxide und Zeolithe, bei denen die Natriumionen durch Eisen-, Kalzium-, Strontium- oder Bariumionen substituiert werden, für sich alleine oder in Verbindung miteinander verwendet werden. Die Affinität dieser Adsorbentia zu Arsenoxid und den übrigen Katalysatorgiften ist entweder von Hause aus erheblich oder bietet die Voraussetzung dafür, um in Verbindung mit weiteren Maßnahmen Arsenoxid und andere Katalysatorgifte zu adsorbieren.

Der Adsorptionskoeffizient dieser Adsorbentia läßt sich zum Teil deutlich steigern, wenn in zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung das Adsorbens in poriger Struktur mit Porenradien unter 20 nm vorliegt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand zweier in der Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungsanlage mit einer im Rauchgasstrom angeordneten Arsen-Adsorber- und Denox-Anlage,

Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht eines Adsorbergehäuses zum Einsatz in die Adsorptionsanlage und

Fig. 3 eine andere Verbrennungsanlage, bei der der Adsorber als Feinstaub dem Rauchgas beigemischt wird.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsge­ mäße Verbrennungsanlage 1 mit einer Brennkammer 2, einer im Rauchgaskanal 3 der Brennkammer hintereinander angeordneten Denox-Anlage 4, Luftvorwärmer 5, Staubfilteranlage 6 und Rauch­ gasentschwefelungsanlage 7. Die Staubabführleitungen 8, 9 der Staubfilteranlage führen in die Brennkammer 2. Die Brennkammer ist mit einer Brennstoffzuführleitung 10, einer Frischluft­ leitung 11 und einem Ascheabzug 12 versehen. Die Denox-Anlage 4 ist mit einer Eindüsvorrichtung 13 für Ammoniak ausgerüstet. Zwischen der Brennkammer 2 und der Denox-Anlage 4 ist im Rauch­ gaszug 3 eine Adsorberanlage 14 angeordnet. Diese Adsorberan­ lage 14 kann - wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 in ge­ strichelter Form angedeutet ist - auch zwischen der Denox- Anlage 4 und dem Luftvorwärmer 5 als auch zwischen dem Luft­ vorwärmer 5 und der Staubfilteranlage 6 angeordnet sein.

Beim Betrieb der Verbrennungsanlage werden Brennstoff und Frischluft in die Brennkammer 2 eingebracht und verbrannt. Die erzeugten Rauchgase gelangen über den Rauchgaskanal 3 zur Denox-Anlage 4. Auf dem Weg zur Denox-Anlage 4 durchströmen sie die Adsorberanlage 14. Dabei werden Arsenoxid und andere Kata­ lysatorgifte an den Adsorbentia der Adsorberanlage adsorbiert und auf diese Weise aus dem Rauchgas entfernt. Als Adsorbentia haben sich insbesondere Manganoxid, Eisenoxid, Silikagel, Titan­ oxid, Molybdänoxid und Erdalkalioxide sowie Zeolithe, bei denen die Natriumionen durch Eisen-, Kalzium, Strontium- oder Barium­ ionen substituiert werden, als besonders wirksam erwiesen. Die Effizienz dieser Adsorbentia wird wesentlich gesteigert, wenn diese in poriger Struktur mit Porenradien unter 20 nm, vorzugs­ weise unter 10 nm, vorliegen. Offenbar sind das Porengrößen, die für die hauptsächlichen Katalysatorgifte, z.B. für Arsen­ oxid, spezifisch sind. Auch bei spezifischen Oberflächen von größer als 30 qm pro Gramm werden wohl infolge der damit zwangs­ läufig verbundenen Porigkeit gute Adsorptionskoeffizienten bei den genannten Adsorbentia erreicht.

In der Adsorberanlage 14 können die Adsorbentia wahlweise in Form von keramischen Wabenstrukturen untergebracht sein, durch die die Rauchgase strömen. Sie können aber auch auf ebenen oder gebogenen Platten, vorzugsweise aus Streckmetall, Sieben oder sonstigen Gitterstrukturen aufgebracht und in einem Gehäuse 15 so angeordnet sein, daß die Rauchgase zwischen den Platten 16 entlangstreichen können. Ein solches unten und oben offenes Gehäuse 15, von denen mehrere neben- und übereinander im Rauch­ gaskanal in der Adsorberanlage 14 eingesetzt werden können, ist in der Fig. 2 dargestellt.

Bei solch einer Ausbildung der Adsorberanlage 14 wird die nach­ geschaltete Denox-Anlage 4 mit einem Rauchgas beaufschlagt, das arm an Katalysatorgiften ist. Dieses Rauchgas wird vor Passieren der Denox-Katalysatoren mit Ammoniak angereichert, so daß dann in den Denox-Katalysatoren die Stickoxide bei gleichzeitiger Oxidation des Ammoniaks zu Stickstoff reduziert werden können. Die sonst ohne Adsorberanlage 14 zu beklagende, stark verkürzte Standzeit der Denox-Katalysatoren kann bei entsprechender Dimensionierung der Adsorberanlage weitgehend vermieden werden. Die die Denox-Anlage 4 verlassenden Rauchgase gelangen gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 in den Luftvorwärmer 5, geben dort einen Teil ihrer fühlbaren Wärme an die in die Brennkammer 2 einströmende Frischluft ab und werden anschließend in der Staub­ filteranlage entstaubt, bevor sie über die Rauchgasentschwefe­ lungsanlage 7 ins Freie gelangen. Der in der Staubfilteranlage 6 zurückgehaltene Flugstaub kann bei dieser Anlage vollständig in die Brennkammer 2 zurückgeführt und nochmals ausgebrannt werden. Bei Brennkammertemperaturen oberhalb des Ascheerweichungspunktes führt das zu einer Aufschmelzung des Staubes und Abführung des­ selben mit der Asche. Dabei kann der Staub in der Asche einge­ bunden und in einem hier nicht weiter dargestellten Wasserbecken in Granulat umgewandelt werden.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Adsorptionsanlage 14 aus Gründen der größtmöglichen Schonung der Denox-Katalysatoren in dem Rauchgaskanal 3 zwischen der Brennkammer 2 und der Denox- Anlage 4 eingebaut dargestellt. Bei der Nachrüstung von Denox- Anlagen 4 kann es jedoch manchmal aus Platzgründen unumgänglich sein, die Adsorberanlage 14 - wie gestrichelt angedeutet ist - zwischen der Denox-Anlage 4 und dem Luftvorwärmer 5 anzuordnen. In diesem Fall wird die vorgeschaltete Denox-Anlage 4 nur in­ direkt dadurch vor Arsenoxid und anderen Katalysatorgiften ge­ schützt, daß durch die Adsorberanlage der Gehalt an Arsenoxid, arsenhaltigen und anderen Katalysatorgiften auch in dem zur Staubfilteranlage transportierten Flugstaub abgesenkt wird. Da dieser Flugstaub im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 in die Brennkammer zurückgeleitet wird, wird durch die Nachschaltung des Adsorbers zur Denox-Anlage 4 eine Aufkonzentrierung von Arsenoxid und anderen Katalysatorgiften im Rauchgas aus dem rückgeführten Flugstaub verhindert. Der gleiche Effekt wird auch erreicht, wenn der Adsorber, wie ebenfalls gestrichelt angedeutet ist, zwischen dem Luftvorwärmer und der Staubfilter­ anlage 6 angeordnet wird. Diese Anordnung hat darüber hinaus noch den Vorteil, daß wegen der an dieser Stelle geringen Rauchgastemperaturen keine SO₃-Katalyse - d.h. keine Auf­ oxidation von SO₂ zu SO₃ - mehr stattfindet. Dies wäre ein höchst unerwünschter Effekt, weil SO₃ in Gegenwart von NH₃ Ammoniumbisulfat bildet, welches als klebrige Flüssigkeit die nachfolgenden Bausteine im Rauchgaskanal 3 zusetzen würde. Je nach Rauchgastemperatur im Bereich der Adsorberanlage ist diese mit unterschiedlichen Adsorbentia auszurüsten, weil diese ihre maximale Aktivität bei unterschiedlichen Temperaturen haben können.

Die Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Verbrennungsanlage 18, bei der keine spezielle Adsorberanlage im Rauchgaskanal 19 eingebaut ist. Der Rauchgaskanal 19 der Brennkammer 20 führt hier direkt zu einer Denox-Anlage 21 mit eingebauter Eindüsvorrichtung 22 für Ammoniak. Der Denox-Anlage 21 sind ein Luftvorwärmer 23, eine Staubfilteranlage, im vor­ liegenden Fall eine zweistufige Elektrofilteranlage 24, und eine Rauchgasentschwefelungsanlage 25 nachgeschaltet. Die Staub­ abführleitung 26 der ersten Stufe 27 der Elektrofilteranlage 24 ist an die Brennkammer 20 angeschlossen, an die auch die Brenn­ stoffzuführleitung 28 und die Frischluftleitung 29 angeschlossen sind. Die letzte Stufe 30 der Elektrofilteranlage 24 ist mit ihrer Staubabführleitung 31 abweichend vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 nicht an die Brennkammer, sondern an eine Dosiervor­ richtung 32 angeschlossen. Die Ausgabeleitung 33 der Dosiervor­ richtung 32 mündet in den Rauchgaskanal 19 zwischen der Brenn­ kammer 20 und der Denox-Anlage 21.

Beim Betrieb der Verbrennungsanlage 18 werden der Brennkammer 20 über die Brennstoffzuführleitung 28 Kohle und über die Frischluftleitung 29 im Luftvorwärmer 23 vorgeheizte Frischluft zugeführt. Die sich bei der Verbrennung bildenden Rauchgase ge­ langen sodann über den Rauchgaskanal 19 in die Denox-Anlage 21, wobei in den Rauchgaskanal 19 Feinstaub mittels der Dosiervor­ richtung 32 eingeblasen wird. An diesen Feinstaub werden bevor­ zugt Arsenoxid und diverse andere Katalysatorgifte adsorbiert. Die mit dem Feinstaub angereicherten Rauchgase werden in der Denox-Anlage 21 mit Ammoniak angereichert und durchströmen dort die Denox-Katalysatoren. Dabei ist die Desaktivierung der Denox- Katalysatoren insoweit vermindert, als bereits vor Erreichen der Denox-Anlage 21 ein Großteil der Katalysatorgifte am kühlen, zudosierten Feinstaub gebunden wird und daher nicht mehr von den katalytisch aktiven Oberflächen der Denox-Anlage 21 aufge­ nommen werden kann. Die entstickten Rauchgase geben im nachge­ schalteten Luftvorwärmer 23 ihre Wärme an die in die Brennkammer 20 strömende Frischluft ab. Sie werden nachfolgend in der ersten Stufe 27 des Elektrofilters 24 vom Grobanteil des Flugstaubes befreit. Dieser wird über die Staubabführleitung 26 in die Brenn­ kammer zurückgeleitet und dort zum größten Teil über den Asche­ abzug 34 abgeführt. In der nachgeschalteten letzten Stufe 30 der Elektrofilteranlage 24 werden die Rauchgase von den Fein­ staubanteilen befreit. Diese werden über die zweite Staubabführ­ leitung 31 in die Dosiervorrichtung 32 geleitet. Die von den Stickoxiden und von dem Flugstaub befreiten Rauchgase werden an­ schließend - bevor sie über den Kamin ins Freie gelassen werden - in der Rauchgasentschwefelungsanlage 25 von Schwefelverbindungen befreit.

Es ist ein besonderer Vorteil dieser Art der Zudosierung von Feinstaub aus der letzten Stufe 30 der Elektrofilteranlage 24, daß keine besondere Adsorberanlage, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dargestellt, mehr benötigt wird. Statt dessen genügt es, einen Teil des ohnehin anfallenden Feinstaubes über die Dosiervorrichtung direkt in den Rauchgaskanal 19 einzublasen. Weil der Feinstaub aber schon von Hause aus während des ersten Durchgangs durch den Rauchgaskanal Arsenoxid und andere Kataly­ satorgifte adsorbiert hat, ist darauf zu achten, daß er an einer Stelle in den Rauchgaskanal 19 eingeleitet wird, an der die Temperatur bereits unter der Desorptionstemperatur der wichtigsten Katalysatorgifte abgesunken ist. Um eine übermäßige Anreiche­ rung des Feinstaubes an Arsenoxid und anderen Katalysatorgiften zu vermeiden, wäre es auch möglich, in die Staubabführleitung 31 der letzten Stufe 30 der Elektrofilteranlage 24 zur Do­ siervorrichtung 32 eine Ausheizstufe (nicht dargestellt) einzu­ bauen, durch die der Feinstaub von Arsenoxid und anderen Kata­ lysatorgiften befreit werden kann. Eine solche Ausheizstufe kann aus einer Drehtrommel bestehen, in der der Feinstaub chargen­ weise eingeleitet und indirekt erhitzt wird und in der die Gas­ atmosphäre abgesaugt und in einen Kondensator geleitet wird.

Claims (12)

1. Verbrennungsanlage mit einer Brennkammer, einem Rauchgas­ kanal und im Rauchgaskanal angeordneter katalytischer Denox- Anlage und Staubfilteranlage, dadurch gekennzeichnet, daß zur Minderung der Desaktivierung der Denox-Katalysatoren Arsenoxid, arsenhaltige und andere Katalysatorgifte adsorbie­ rende Materialien im Rauchgasweg eingesetzt sind.

2. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorbens Silikagel, Eisenoxid, Manganoxid, Titanoxid, Molybdänoxid, Erdalkalioxide und Zeolithe für sich alleine oder in Verbindung miteinander verwendet werden.

3. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbens in poriger Struktur mit Porenradien unter 20 nm vorliegt.

4. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbens eine spezifische Oberfläche größer als 30 qm pro Gramm aufweist.

5. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbens in Form einer keramischen Wabenstruktur vor­ liegt, die vom Rauchgasstrom durchströmt wird.

6. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbens auf ebenen oder gebogenen Platten (16) aus Streckmetall, Netzen oder Gittern oder dergleichen aufgebracht ist, die dem Rauchgasstrom ausgesetzt sind.

7. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbens dem Rauchgas als Feinstaub zugemischt wird.

8. Verbrennungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumischung und Ausfilterung des Adsorbens kontinuier­ lich erfolgt.

9. Verbrennungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Flugasche als dem Rauchgas zumischbares Adsorbens verwendet wird.

10. Verbrennungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugstaub an einer Stelle in den Rauchgaskanal (19) eingeleitet wird, bei der die Rauchgastemperatur unter der Desorptionstemperatur der Schadstoffe aus dem Flugstaub liegt.

11. Verbrennungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flugasche vor der Zumischung zum Rauchgas durch Aus­ laugung oder Aufheizung weitgehend vom Arsenoxid, arsenhaltige und anderen Katalysatorgiften befreit wird.

12. Verbrennungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von Zeolithen die Natriumionen durch Eisen-, Kalzium-, Strontium- oder Bariumionen substituiert wurden.