DE3780411T4 - Verringerung der Schadstoffemission in Rauchgasen von Kohlefeuerungen. - Google Patents
Verringerung der Schadstoffemission in Rauchgasen von Kohlefeuerungen.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Kontrolle der Emission von Verunreinigungen aus einem kohlebeheizten Kesselsystem, z.B. in kohlebefeuerten (elektrischen) Kraftwerken.
- Hochentwickelte Kontrolltechnologien sind während der letzten beiden Dekaden schnell entwickelt worden für die Handhabe der Emissionen von Teilchen, Schwefeloxiden und Stickoxiden aus kohlebeheizten Kraftwerken.
- Eine dramatische Verschiebung zu Kohle mit niedrigem Schwefelgehalt, welche Flugaschen mit hohem Widerstand erzeugen, die schwieriger aufzufangen ist, und die damit konkurrierende Forderung für eine bessere Wirksamkeit die Teilchen bzw. Schwebstoffe zurückzuhalten, haben die konventionellen Staubfänger (elektrostatische Abscheider), die für diese Anwendungen verwendet wurden, stark in Anspruch genommen. Dementsprechend begann in den späten 70-er Jahren die Kraftwerksindustrie in beträchtlichem Maße mit der Verwendung alternativer Technologien - Gewebefiltergehäuse - für die Kontrolle bzw. das Auffangen von Teilchen und Schwebstoffen.
- In einem Filtergehäuse für einen Sack (Sackgehäuse) wird Flugasche vom Abgas durch Filtrierung getrennt, d.h. die Flugasche wird auf der stromaufwärtigen Seite von rohrförmig ausgebildeten Gewebefiltersäcken gesammelt, während das Gas durch die Filtersäcke hindurchgeleitet wird. Das Abgas tritt durch einen Fitlersack hindurch, typischerweise von der Innenseite nach außen, und die Flugasche wird als sogenannter Filterkuchen gesammelt. Das auf bzw. in dem Sack gesammelte Material wird zu einem Teil des Filtermediums. Nachdem im Laufe des Betriebs ein gewisser Filterkuchen aufgebaut ist, müssen die Säcke gereinigt werden, um einen übermäßigen Druckabfall zu vermeiden und um so einen angemessenen Volumenstrom des Gases aufrechtzuerhalten. Die Verwendung eines Filtersackgehäuses gibt dem Betreiber des Kraftwerkgenerators die Option bzw. Möglichkeit, die Kohle zu wechseln, da die Wirksamkeit des Auffangens mit einem Sack und Filtergehäuse relativ unempfindlich auf die Brennstoffeigenschaften reagiert.
- Nichtsdestotrotz wird, wenn Kohle verbrennt, der größte Teil des Schwefelgehaltes in Schwefeloxide (SOx), typischerweise SO&sub2; und SO&sub3; umgewandelt. Zusätzlich werden Oxide von Stickstoff (summarisch als NOx bezeichnet) gebildet. Die Verwendung und Anordnung von Kontroll- bzw. Steuerausrüstungen für NOx und SOx stromaufwärts von dem Filtersackgehäuse beeinflußt die Eintrittsbedingungen.
- Die Gesamtanordnung des Filtersackgehäuses relativ zu einer solchen Ausrüstung, ebenso wie die Luftheizer der Anlage, die Abgastemperatur, die Abgaszusammensetzung und die Filtergewebeeigenschaften einschließlich der Materialeigenschaften wie z.B. Zusammensetzung, Zugfestigkeit, Verschleißfestigkeit, chemische Widerstandsfähigkeit und Temperaturgrenzwerte bilden die hauptsächlichen Parameter, die sorgfältig berücksichtigt, zusammen miteinander erfaßt und kontrolliert werden müssen, um eine zufriedenstellende Emissionskontrolle für die gesamte Anlage zu erreichen.
- Unser US-Patent Nr. US-A-4309386 offenbart ein System, in welchem ein heißes katalytisches Filtergehäuse (heißer als 360ºC (600ºF)) für die gleichzeitige Partikelentfernung und auch die NOx-Reduktion verwendet wird. Gemäß US-A-4309386, werden Filtersäcke des Sackgehäuses mit einem Katalysator behandelt, um einen selektiven katalytischen Reduktionsprozeß zu erleichtern, während gleichzeitig das Teilchenmaterial aus dem Gasstrom herausgefiltert wird. Das Sackgehäuse liegt stromabwärts von einem Ammoniakeinspritzsystem. In dem Sackgehäuse wird der Abgasstrom den behandelten Säcken ausgesetzt, um eine NOx- Entfernung zu bewirken. Dieses System hat jedoch einige potentielle Nachteile. Insbesondere neigen Säcke, die mit einem Katalysator imprägniert sind, dazu, eine unzureichend begrenzte Lebensdauer zu haben, was ein periodisches Ersetzen des gesamten Sackes erforderlich macht, und der Katalysator wird der Vergiftung durch SOx ausgesetzt, was dazu führen kann, daß er seine Fähigkeit, NOx zu reduzieren, in der Gegenwart von Gasen, die große Mengen von SOx enthalten, verliert.
- Deshalb sucht man fortgesetzt nach Verbesserungen in den Kontrollsystemen für Emissionen unter Verwendung von Gewebefiltergehäusen, die in zufriedenstellender Weise die SOx- und NOx-Emissionen kontrollieren bzw. einschränken.
- Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren für die Kontrolle der Emission von Verunreinigungen aus kohlebefeuerten Kesselsystemen vorgesehen, wobei das System einen Kessel, einen Abgasvorwärmer, ein Sackgehäuse für einen Gewebefilter und einen Luftheizer in einem seriellen Fluidverbindungsweg aufweist, durch Entfernen von SOx, NOx und Teilchen, in einem Temperaturbereich von 360ºC bis 427ºC (600º F bis 800ºF), aus einem Verbrennungsabgasstrom, der durch diesen Pfad hindurchtritt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
- (a) Hinzufügen von Ammoniak und einem Reagenz, welches auch ein Katalysator ist, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus Aluminiumoxid, alkalisiertem Aluminiumoxid, Natriumaluminat, Dawsonit, Analcit, Magnesioriebeckit, Feldspat, Alunit, Anatas, Azurit, Bauxit, Bunsenit, Gothit, Hematit, Eisenspinell, Ilmenit, Malachit, Manganit, Manganosit, Mellit, Siderit, Spinell und Metalloxiden von Titan, Vanadium, Mangan, Kobalt, Eisen, Nickel, Kupfer und Zink in pulverisierter Form, in den Strom aus Verbrennungsabgas stromaufwärts von dem Sackgehäuse für den Gewebefilter zwischen dem Kessel und dem Abgasvorwärmer in einer Temperaturzone, die eine Temperatur hat, die unterhalb des Schmelzpunktes des Reagenzmittels liegt,
- (b) Reagierenlassen des Reagenz und des Ammoniaks mit dem SOx und dem NOx, um Reaktionsprodukte zu bilden, während der Abgasstrom zu dem Sackgehäuse geleitet wird,
- (c) Abtrennen der Teilchen, der Reaktionsprodukte und des Reagenz aus dem Abgas innerhalb des Temperaturbereiches durch Filtern in dem Sackgehäuse, so daß ein Filterkuchen gebildet wird,
- (d) Hindurchleiten des Abgasstromes durch den Filterkuchen, um zusätzliches Reagenz und Ammoniak mit dem SOx und dem NOx reagieren zu lassen und so zusätzliche Reaktionsprodukte und gereinigtes Gas zu bilden, und
- (e) Entlüften des gereinigten Gases aus dem Sackgehäuse heraus durch den Luftheizer.
- Es wird also ein geeignetes Reagenz pneumatisch in fein pulverisierter Form in einen Kessel injiziert, in einem Temperaturbereich bzw. einer Temperaturzone unterhalb des Schmelzpunktes des Reagenzmittels und zwar stromaufwärts von einem heißen Filtergehäuse, das in einem Temperaturbereich von 600ºF bis 800º F (näherungsweise 360ºC bis 427ºC) arbeitet und welches zwischen dem Ausgang eines Abgasvorwärmers des Kessels und einem Luftheizer angeordnet ist. Ammoniak wird ebenfalls in der Nähe injiziert. Eine Reaktion zwischen dem NOx und dem Ammoniak wandelt das NOx in harmloses Stickstoffgas um und eine Reaktion zwischen SOx und dem Reagenz erzeugt feste Teilchen, welche mit dem Abgas weiterströmen. Die Mischung aus Reaktanten, Reaktionsprodukten und Abgasen strömt weiter zu dem Filtergehäuse, wo die Teilchen von dem Abgas getrennt werden.
- Die Einspritzechnik stellt in vorteilhafter Weise eine längere Zeit für die Reaktion des Reagenz und des SOx und NOx bereit, während der Abgasstrom von der Injektionsstelle zu den Gewebefiltersäcken des Sackgehäuses strömt. Eine weitere Reaktion findet statt, während die Feststoffe in den Filtersäkken als Filterkuchen gesammelt werden und die Abgase weiterhin durch den Filterkuchen hindurchtreten.
- Das Reagenz wird aus dem Filtergehäuse für eine Regenerierung zusammen mit der Flugasche entfernt. Das Vergiften bzw. Unwirksammachen des Katalysators durch SOx ist kein Problem mehr, da das Verfahren danach strebt, eine Reaktion des Reagenzmittels mit SOx zu erreichen, um die Schwefeloxide aus dem Gasstrom zu entfernen und die Reaktion ist ansonsten hinnehmbar aufgrund des kontinuierlichen Nachschubs des Reagenzmittels durch die Regenerierung.
- Die Erfindung wird jetzt weiter beschrieben anhand eines veranschaulichenden und nicht beschränkenden Beispiels unter Bezug auf die zugehörige Zeichnung, wobei die einzige Figur ein vereinfachtes Flußdiagramm ist, welches eine bevorzugte Anordnung zum Durchführen eines Verfahrens darstellt, welches die vorliegende Erfindung verwirklicht.
- Die Zeichnung zeigt einen kohlebeheizten Kessel 10, der einen Abgasvorwärmer 12 aufweist, weicher in üblicher Weise gestaltet ist, um den Verbrennungsabgasen Wärme zu entziehen, nachdem die Gase die Dampferzeugungs- und Überhitzungsabschnitte des Kessels 10 verlassen haben. Ein Ausgang des Abgasvorwärmers 12 ist über eine Abgasleitung 14 mit einem Filtergehäuse 16 verbunden, in welchem Teilchen in (nicht dargestellten) Filtersäcken gesammelt werden. Das behandeite Gas wird von dem Filtergehäuse 16 durch eine Leitung 18 zu einem Luftvorheizer 20 abgegeben und dann durch eine Leitung 22 zu einem Schacht 24 für die endgültige Abgabe in die Atmosphäre.
- Die Einspritzleitungen 26, 28 sind vorgesehen für das Einspritzen eines festen Reagenzmittels, das auch ein Katalysator ist, bzw. Ammoniak (NH&sub3;) in eine Zone, die eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Reagenzmittels hat, stromaufwärts von dem Sackgehäuse 16. Beispielsweise werden, wie in der Figur dargestellt, das feste Reagenzmittel und Ammoniak stromaufwärts von dem Abgasvorwärmer 12 eingespritzt, d.h. zwischen dem Kessel 10 und dem Luftvorwärmer bzw. Abgasvorwärmer 12 (Economiser).
- Die pneumatische Einspritzung des Reagenzmittels über Wandinjektoren ist bevorzugt. Das Ammoniak wird vorzugsweise zwischen einem Primärüberhitzer und dem Abgasvorwärmer 12 eingespritzt, da die Anordnung noch weiter stromaufwärts zu einem übermäßigen Verlust von Ammoniak durch Oxidation führen würde. Die Temperatur am Einlaß des Abgasvorwärmers beträgt typischerweise zwischen 371ºC und 538ºC (700ºF und 1000ºF) und der bevorzugte Betriebsbereich ist 360ºC bis 427ºC (600ºF bis 800ºF). Die Reagenzmittel werden so ausgewählt, daß sie in diesem Temperaturbereich nicht mit Ammoniak reagieren.
- Das Verbrennungsabgas, welches Teilchen bzw. Schwebstoffe, SOx und NOx enthält, reagiert mit dem Reagenzmittel, während es durch den Abgasvorwärmer 12 und zu dem Filtergehäuse 16 strömt. Während das Gas von dem Einspritzpunkt zu dem Filtergehäuse 16 strömt, reagiert das Reagenzmittel mit SOx und NOx und Ammoniak. Das Reagenzmittel reagiert weiter, während es sich in den Filtersäcken sammelt und das Abgas hindurchströmt.
- Natriumaluminat ist das bevorzugte Reagenzmittel. Andere Reagenzmittel schließen Übergangsmetalloxide von Titan, Vanadium, Mangan, Kobalt, Eisen, Nickel, Kupfer und Zink ein sowie Aluminiumoxid (insbesondere die Gammaphase) und alkalisiertes Aluminiumoxid, und auch Mineralien einschließllch Dawsonit, Analcit, Magnesioriebeckit, Feldspat, Alunit, Anatas, Azurit, Bauxit, Bunsenit, Gothit, Hematit, Eisenspinell, Ilmenit, Malachit, Manganit, Manganosit, Mellit, Siderit und Spinell.
- Das verbrauchte Reagenzmaterial wird aus dem Filtergehäuse 16 mit der Flugasche entfernt. Das verbrauchte Material enthält Schwefel aus dem Abgas in Form von Sulphaten und Sulphiten. Das verbrauchte Material und die Flugasche werden dann in einen Wirbelschichtvergaser 30 gegeben, wo Kohle als Brennstoffquelle hinzugefügt wird, und die Temperatur des geschwefelten verbrauchten Materials wird auf einen Wert angehoben, bei welchem der Schwefel in Form von Schwefeldioxid und Schwefelwasserstoff ausgetrieben wird. Das Reagenzmittel wird dann aus dem Gasstrom mit der Flugasche über einen Teilchensammler 32 entfernt, wie z.B. einem sekundären Filtergehäuse, einem Abscheider oder einem Zyklon mit hoher Wirksamkeit. Die gesammelten Feststoffe werden dann in einem Mischtank 34 zu Wasser gegeben, um eine Aufschlämmung bzw. einen Schlamm zu bilden. Das Reagenzmittel geht in Lösung. Die Aufschlämmung wird dann zu einem Feststoffseparator 36 geführt, wie z.B. einem Bandfilter oder einer Zentrifuge, wo die Asche aus dem System entfernt wird. Die Lösung, welche das regenerierte Reagenzmittel enthält, wird dann als Ansatz zurück zu dem Boiler 10 geführt. Ein Trockner 40 kann erforderlich sein, bevor das Reagenzmittel in den Kessel eingespritzt wird.
- Das verbrauchte Gas von dem Wirbelschichtvergaser 30 kann zu einer Klaus-Anlage 38 gebracht werden, wo das SO&sub2; und das H&sub2;S in Form von elementarem Schwefel zurückgewonnen werden können. Ein Teil des in dem Wirbelschichtvergasers 30 erzeugten Dampfes kann für den Betrieb der Klaus-Anlage 38 verwendet werden. Das Gas mit wenig J(Btu) könnte dann zu dem Kessel 10 zurückgeschickt werden als zusätzlicher Brennstoff mit pulverisierter Kohle aus einem Pulverisierer 42 oder es könnte auch für andere Erfordernisse des Anlageverfahrens verwendet werden. Es besteht auch die Möglichkeit, daß dieses Gas für die Produktion von Ammoniak verwendet wird, welches seinerseits wieder als Ansatz für den NOx-Reduktionsvorgang verwendet werden könnte.
- Es wird außerdem auf unsere Anmeidung Nr. 91115149.6 hingewiesen, die aus der vorliegenden Anmeldung abgetrennt ist.
Claims (3)
1. Verfahren zum Kontrollieren der Emission von Verunreinigungen aus einem
kohlebeheizten Kesselsystem, wobei das System einen Kessel (10), einen Abgasvorwärmer (12),
ein Sackgehäuse (16) für einen Gewebefilter und einen Luftheizer (20) in einem seriellen
Fluidverbindungsweg aufweist, durch Entfernen von SOx, NOx und Feinstoffen aus einem
Verbrennungsabgasstrom, welcher durch diesen Weg hindurchtritt, in einem Temperaturbereich
von 316ºC bis 427ºC (600ºF bis 800ºF), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
(a) Hinzufügen (26, 28) von Ammoniak und einem Reagenz, welches auch ein Katalysator
ist, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus Aluminiumoxid, alkalisiertem Aluminiumoxid,
Natriumaluminat, Dawsonit, Analcit, Magnesioriebeckit, Feldspat, Alunit, Anatas, Azurit, Bauxit,
Bunsenit, Gothit, Hematit, Eisenspinell, Ilmenit, Malachit, Manganit, Manganosit, Mellit, Siderit,
Spinell und Metalloxiden von Titan, Vanadium, Mangan, Kobalt, Eisen, Nickel, Kupfer und Zink
in pulverisierter Form, in den Strom aus Verbrennungsabgas stromaufwärts von dem
Sackgehäuse (16) für den Gewebefilter zwischen dem Kessel und dem Abgasvorwärmer in einer
Temperaturzone, die eine Temperatur hat, die unterhalb des Schmelzpunktes des Reagenzmittels
liegt,
(b) Reagierenlassen des Reagenz und des Ammoniaks mit dem SOx und dem NOx, um
Reaktionsprodukte zu bilden, während der Abgasstrom zu dem Sackgehäuse (16) geleitet wird,
(c) Abtrennen der Teilchen, der Reaktionsprodukte und des Reagenz aus dem Abgas
innerhalb des Temperaturbereiches durch Filtern in dem Sackgehäuse (16), so daß ein
Filterkuchen gebildet wird,
(d) Hindurchleiten des Abgasstromes durch den Filterkuchen, um zusätzliches Reagenz
und Ammoniak mit dem SOx und dem NOx reagieren zu lassen und so zusätzliche
Reaktionsprodukte und gereinigtes Gas zu bilden, und
(e) Entlüften des gereinigten Gases aus dem Sackgehäuse (16) heraus durch den
Luftheizer (20).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Reaktionsschritt (b) das Reagieren lassen von
etwas Reagenz und Ammoniak mit SOx und NOx aufweist, um Reaktionsprodukte zu bilden,
während der Abgasstrom durch den Abgasvorwärmer (12) zu dem Sackgehäuse (16) geleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, welches den Schritt aufweist, daß Reagenz aus
dem Filterkuchen zurückgewonnen wird durch Erhitzen (30) des Kuchens auf eine Temperatur,
die ausreichend ist, um Schwefeldioxid und Schwefelwasserstoff flüchtig zu machen und aus dem
Kuchen auszutreiben und um übrigbleibende Feststoffe zu bilden, die wiedergewinnbares
Reagenz enthalten, Aufschlämmen der gesammelten Feststoffe mit Wasser, Abtrennen (32) des
wiedergewinnbaren Reagenz von den Feststoffen, und wobei der Schritt (a) des Hinzufügens
einschließt, daß rückgewonnenes Reagenz in den Verbrennungsgasstrom geleitet wird.
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