DE4204787A1 - Verfahren zur verringerung der stickoxidemission bei der verbrennung von festen brennstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Stickoxidemission bei der Verbrennung von festen Brenn­ stoffen, insbesondere von Steinkohlen, wobei den Verbren­ nungsgasen einer Leistungsbrennzone einer Feuerungsanlage Reduktionsbrennstoff zugegeben wird und die Verbrennungsgase durch eine Reduktionszone mit unterstöchiometrischen Bedin­ gungen geführt werden.

Die Stickoxidemission von mit Festbrennstoffen betriebenen Feuerungsanlagen kann sowohl durch geeignete Führung des Verbrennungsprozesses, sog. Primärmaßnahmen, als auch durch Behandlung der aus der Feuerungsanlage abziehenden Verbrennungsgase, sog. Sekundärmaßnahmen, beeinflußt werden.

Während Primärmaßnahmen die Entstehung von Stickoxiden in der Leistungsbrennzone reduzieren sollen, zielen Sekundärmaß­ nahmen darauf ab, entstandene Stickoxide aus den aus der Feue­ rungsanlage abziehenden Verbrennungsgasen wieder zu entfernen.

Bekannte Sekundärmaßnahmen sind beispielsweise die kataly­ tischen Verfahren zur selektiven Abtrennung der Stickoxide. Diese Verfahren sind jedoch aufwendig und teuer. Auch ist die Entsorgung der aufgebrauchten bzw. beladenen Katalysa­ toren nicht unproblematisch.

Eine weitere, vergleichsweise einfache Möglichkeit zur Ver­ ringerung der Stickoxidemission besteht darin, den in der Leistungsbrennzone einer Feuerungsanlage entstehenden Ver­ brennungsgasen zusätzlichen Reduktionsbrennstoff zuzumischen und eine sog. Reduktionszone einzustellen.

Der Einsatz anlagenfremder, überlicherweise flüssiger oder gasförmiger Reduktionsbrennstoffe erfordert einerseits zu­ sätzliche Bereitstellungskosten und begründet andererseits auch eine gewisse Abhängigkeit von der Verfügbarkeit dieser Reduktionsbrennstoffe.

Es wurde daher auch schon vorgeschlagen, durch Ent- oder Vergasung von Primärbrennstoff, d. h. auch in der Leistungs­ brennzone einer Feuerungsanlage eingesetztem Brennstoff, gewonnenes Gas als Reduktionsbrennstoff einzusetzen (DE-OS 34 13 564). Dies bedingt jedoch, will man aufwendige, teure Gasspeicher vermeiden, weitgehend aufeinander abgestimmte Fahrweisen von Feuerungsanlage und Ent- bzw. Vergasungsein­ richtung. Insbesondere bei erforderlichen schnellen Lei­ stungsänderungen der Feuerungsanlage sowie beim An- und Abfahren wirkt sich diese Kopplung nachteilig aus. Störungen oder gar Ausfall der Ent- bzw. Vergasungseinrichtung beein­ trächtigen unmittelbar den Betrieb der Feuerungsanlage.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das diese Nachteile vermeidet.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den heißen Verbrennungsgasstrom als Reduktionsbrennstoff Rohteer eingedüst wird.

Mit Rohteer steht ein Reduktionsbrennstoff zur Verfügung, der gegenüber einem fremderzeugten oder in einer z. B. einem Steinkohlekraftwerk vorgeschalteten Entgasungseinrichtung gewonnenes Gas den wesentlichen Vorteil einer einfacheren und dichteren, d. h. mit wenig Platzbedarf verbundenen Spei­ cherung aufweist und somit in einfacher Weise eine Ent­ kopplung der Erzeugung des Reduktionsbrennstoffes und seines Einsatzes z. B. in einer Kraftwerkfeuerung ermöglicht.

Der Rohteer kann grundsätzlich fein zerstäubt in flüssiger Form in den Verbrennungsgasstrom eingedüst werden. Der Rohteer kann jedoch auch als Rohteerdampf eingedüst werden, um eine möglichst verbesserte Reaktion des Rohteers zu erreichen. Zur weiteren Unterstützung einer verbesserten und vollständigen Reaktion des Rohteeres erfolgt die Eindüsung vorteilhafterweise im Bereich hoher Temperaturen der Ver­ brennungsgase oberhalb 1000°C, z. B. am Ende der Lei­ stungsbrennzone oder noch in der Leistungsbrennzone.

Die Eindüsung des Rohteeres kann beispielsweise durch in den, den Feuerraum begrenzenden Wänden angeordneten Düsen oder aber durch über den Feuerraumquerschnitt verteilt ange­ ordnete Düsen erfolgen, wobei z. B. im Falle einer Schmelz­ kammerfeuerung die die Schmelzkammer stromab begrenzenden Verbrennungsgasdurchlässe wie Fangroste oder vergleichbare Feuerraumeinrichtungen zur konstruktiven Anordnung der Rohteerverteiler genutzt werden können. Dabei können dann ggf. die Strahlungsflächen der Verbrennungsgasdurchlässe unmittelbar zur Rohteerverdampfung und evtl. teilweise Rohteerspaltung genutzt werden, so daß unter Umständen auf eine vorgeschaltete, separate Einrichtung zur Teerverdamp­ fung verzichtet werden kann.

Es kann zweckmäßig sein, den Teer vor der Eindüsung zu vergasen und die Produktgase als Reduktionsbrennstoffe einzusetzen. Gegenüber Teerdampf enthalten die Produktgase einen höheren Anteil an Aromaten. Die verbleibenden Feststoffe, im wesentlichen feinkörniges Pech, können in der Leistungsbrennzone mitverbrannt werden.

Im Falle der Vergasung des Rohteers wird die zur Vergasung erforderliche Wärmeenergie vorteilhafterweise der Leistungs­ brennzone entnommen, wobei ggf. eine Entgasungsstrecke mit Auslaßdüsen für die Produktgase unmittelbar in der Lei­ stungsbrennzone angeordnet sein kann.

Neben dem Rohteer können ggf. weitere Reduktionsbrennstoffe zugegeben werden.

Eine weitere Verbesserung des Gesamt-Entstickungsgrades wird erreicht, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die aus der Leistungsbrennzone austretenden Verbrennungsgase nacheinander zwei Reduktionszonen durchströmen, wobei die erste Reduktionszone unterstöchiometrisch bei Temperaturen oberhalb 1000°C und in Anwesenheit des Rohteeres betrieben wird, und die zweite Reduktionszone überstöchiometrisch in Anwesenheit Stickoxid-reduzierender Stoffe bei Temperaturen von 950°C bis 1000°C betrieben wird. Als Stickoxid-redu­ zierende Stoffe werden vornehmlich Ammoniak, Ammoniakwasser, Harnstofflösungen o. a. eingesetzt.

Zweckmäßigerweise werden die Stickoxid-reduzierenden Stoffe, zumindest teilweise, ggf. zusammen mit dem Rohteer, in die erste Reduktionszone zugegeben. Dadurch wird bereits in der ersten Reduktionszone die Stickoxidreduktion weiter deutlich gesteigert, da in der dort vorhandenen unterstöchiometri­ schen Atmosphäre auch bei hohen Temperaturen oberhalb 1000°C die Stickoxid-reduzierenden Stoffe zusätzlich redu­ zierend wirken. Ggf. können auch hier neben Rohteer weitere Reduktionsbrennstoffe zugegeben werden. Die Verweilzeit der Verbrennungsgase in dieser ersten Reduktionszone sollte zweckmäßigerweise mindestens 0,1 s betragen.

In der zweiten Reduktionszone findet dann durch die in den aus der ersten Reduktionszone austretenden Verbrennungsgasen bereits enthaltenen Stickoxid-reduzierenden Stoffe eine weitere Stickoxidminderung statt, wobei jedoch wegen der überstöchiometrischen Bedingungen ein Temperaturbereich von 950°C bis 1000°C eingehalten werden muß. Die Einstellung der überstöchiometrischen Bedingungen in der zweiten Reduktionszone erfolgt zweckmäßigerweise durch Zugabe einer Überschußmenge an Ausbrandluft über den zum vollständigen Ausbrennen der Reduktionsmenge benötigten Bedarf hinaus.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann über die Menge und Temperatur der zugeführten Ausbrandluft der bei überstöchiometrischen Bedingungen einzuhaltende enge Temperaturbereich einfach und genau eingehalten werden. Da die Stickoxid-reduzierenden Stoffe bereits in der ersten Reduktionszone zugemischt werden, ist sichergestellt, daß sie gleichmäßig im Verbrennungsgas verteilt den für die Stickoxidminderung einzuhaltenden Temperaturbereich durchlaufen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand einer in den Fig. 1 und 2 beispielhaft dargestellten Schmelzkammer­ feuerung weiter erläutert.

Eine Feuerungsanlage 1 weist eine Leistungsbrennzone 2 mit Brennern 10 und einer Brennstoffzuführung 7 auf. Die Verbren­ nungsgase der Leistungsbrennzone 2 werden im gezeigten Bei­ spiel einer Schmelzkammerfeuerung um 180° umgelenkt und durch einen Fangrost 4 geleitet. Der umgelenkte Verbren­ nungsgasstrom durchströmt dann im Beispiel der Fig. 1 eine Reduktionszone 6 mit unterstöchiometrischen Bedingungen, in die, im gezeigten Beispiel im Bereich des Fangrostes mit Temperaturen oberhalb 1000°C, über Leitung 5 Rohteer, Rohteerdampf oder Rohteergas, ggf. zusammen mit weiteren Reduktionsbrennstoffen über Leitung 11, eingedüst wird. Die Eindüsung kann an mehreren am Umfang der Reduktionszone 6 verteilt angeordneten Einleitstellen erfolgen.

Zweckmäßigerweise erfolgt sie jedoch durch über den Quer­ schnitt verteilte Düsen, wobei der Fangrost 4 oder andere Einrichtungen als Düsenträger und ggf. dessen Strah­ lungsflächen gleichzeitig zur Verdampfung des Rohteeres genutzt werden können. Die Reduktionszone 6 wird durch Zugabe von Ausbrandluft 13 begrenzt.

Im Beispiel der Fig. 2 durchströmen die Verbrennungsgase nacheinander die Reduktionszonen 6 und 9. In die Reduk­ tionszone 6 werden neben Rohteer und ggf. weiterem Reduk­ tionsbrennstoff zusätzlich über Leitung 3 Stickoxid-re­ duzierende Stoffe in den Verbrennungsgasstrom eingeleitet und mit diesem vermischt.

Die Strömungslänge der Reduktionszone 6 ist ausreichend groß, um eine Verweilzeit der Rauchgase in dieser Reduktions­ zone 6 von mindestens 0,1 s zu gewährleisten. Über Leitung 13 am Ende der Reduktionszone 6 wird dem Verbrennungsgas wiederum eine ausreichend große Menge Ausbrandluft zuge­ mischt, die sicherstellt, daß in der zweiten Reduktionszone 9 überstöchiometrische Bedingungen gegeben sind, wobei über Menge und Temperatur der zugegebenen Ausbrandluft auch der für die Stickoxidminderung in überstöchiometrischer Atmos­ phäre erforderliche Temperaturbereich von 950°C bis 1000°C eingestellt wird. Über Leitung 8 können zusätzliche Stickoxid-reduzierende Stoffe, wegen der besseren Ver­ mischung zweckmäßigerweise zusammen mit der Ausbrandluft und ggf. über Leitung 12 rückgeführtem Verbrennungsgas, wobei das Verhältnis rezirkuliertes Verbrennungsgas zu Frischluft durch die Bedingungen nach einer überstöchiometrischen Atmosphäre begrenzt ist, zugegeben werden. Auch hier kann die Einleitung an mehreren, am Umfang der zweiten Reduk­ tionszone 9 verteilt angeordneten Einleitstellen oder durch über den Querschnitt verteilte Auslässe erfolgen.

Der Rohteer kann auch, anstelle im Bereich des Fangrostes 4, am Ende der Leistungsbrennzone 2, in die Leistungsbrennzone 2 selbst unterhalb der Brennerebene eingedüst werden. Wird Rohteergas eingesetzt, wird zweckmäßigerweise die Vergasungs­ einrichtung unmittelbar in der Leistungsbrennzone 2 angeord­ net und so die zur Vergasung des Rohteeres erforderliche Wärmeenergie der Leistungsbrennzone 2 entnommen.

Claims (12)

1. Verfahren zur Verringerung der Stickoxidemission bei der Verbrennung von festen Brennstoffen, insbesondere von Steinkohlen, wobei den Verbrennungsgasen einer Leistungs­ brennzone einer Feuerungsanlage Reduktionsbrennstoff zugegeben wird und die Verbrennungsgase durch eine Reduktionszone mit unterstöchiometrischen Bedingungen geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den heißen Verbrennungsgasstrom als Reduktionsbrennstoff Rohteer eingedüst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den heißen Verbrennungsgasstrom Rohteerdampf eingedüst wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohteer vor der Eindüsung in den heißen Verbrennungs­ gasstrom vergast wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindüsung des Rohteers in einem Temperaturbereich der Verbrennungsgase oberhalb 1000°C erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindüsung des Rohteers in die Leistungsbrennzone erfolgt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zur Vergasung des Teeres erforderliche Wärme unmittelbar der Leistungsbrennzone entnommen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbrennungsgase nacheinander zwei Reduktionszonen durchströmen, daß die erste Reduktions­ zone unterstöchiometrisch bei Temperaturen oberhalb 1000°C und in Anwesenheit des Rohteers betrieben wird und daß die zweite Reduktionszone überstöchiometrisch in Anwesenheit Stickoxid-reduzierender Stoffe bei Temperatu­ ren von 950°C bis 1000°C betrieben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stickoxid-reduzierenden Stoffe, ggf. zusammen mit dem Rohteer, in die erste Reduktionszone zugegeben werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verweildauer der Verbrennungsgase in der ersten Reduktionszone mindestens 0,1 s beträgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der überstöchio­ metrischen Bedingungen in der zweiten Reduktionszone durch Zumischen von Ausbrandluft zu den Verbren­ nungsgasen erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Temperaturbereiches in der zweiten Reduktionszone über Menge und Temperatur der zugegebenen Ausbrandluft erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß neben Rohteer weitere Reduktions­ brennstoffe zugegeben werden.