DE4409055C2 - Verfahren zur Teilentschwefelung eines durch Verbrennen von Braunkohle erzeugten Heißgases, insbesondere für eine Gasturbine - Google Patents

Verfahren zur Teilentschwefelung eines durch Verbrennen von Braunkohle erzeugten Heißgases, insbesondere für eine Gasturbine

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Teilentschwefelung eines durch Ver­ brennen von Braunkohle erzeugten Heißgases, insbesondere für eine Gasturbi­ ne.
Das durch Verbrennen von Braunkohle z. B. in einer druckaufgeladenen zirku­ lierenden Wirbelschichtfeuerung erzeugte Heißgas für eine Gasturbine oder einen Abhitzekessel (Kombikraftwerk) wird in einem Zyklon vorgereinigt und in einer Filterkerze gereinigt (DE 31 44 675).
Die Entschwefelung des SO3-haltigen Heißgases erfolgt auf der Grundlage der eingebrachten Absorbenzien (Kalk) im Wirbelbett (ca. 30%) und im Freiraum (ca. 50%) des Reaktors der Wirbelschichtfeuerung. Das nach Filterkerze vor­ liegende Reingas mit einem max. Staubgehalt von 5 mg/m3 N (zulässiger Rein­ gasstaubgehalt) weist noch einen SO3-Gehalt von ca. 20% auf.
Zur Einhaltung der SO3-Emissionen nach Gasturbine oder Abhitzekessel ist es erforderlich, den SO3-Gehalt wesentlich zu senken, so daß erhebliche Aufwen­ dungen für Absorbenzien, Entschwefelungsanlagentechnik und Betriebsführung erforderlich sind.
Bekannt ist ein Verfahren zur Abtrennung von festen und gasförmigen Schad­ stoffen aus heißen Gasen (WO 87/01050). Bei diesem Verfahren wird von der Verwendung metallischer Spaltfilterkerzen zur Abtrennung der o. g. Schadstoffe aus heißen, insbesondere schwefelhaltigen, Gasen ausgegangen.
Der Nachteil dieser Filterkerzen besteht in ihrer Anfälligkeit in Temperaturbe­ reichen oberhalb des Ascheschmelzpunktes, wo keine Formstabilität erhalten bleibt, die für die Wirksamkeit dieser Spaltfilterkerzen grundlegend erforderlich ist. Außerdem bildet sich im angestrebt hohen Temperaturbereich auf der me­ tallischen Oberfläche nicht die zur Entschwefelung notwendige Filterschicht aus Feinstkalk und Feinststaub heraus. Ein Anschmelzen und Abtropfen der flüssi­ gen Partikel würde die Funktionsweise der Filterkerze zunichte machen.
Weiterhin bekannt ist es, bei mit steinkohlegefeuerten druckbetriebenen Wir­ belbettfeuerungen eine Entstaubung mittels einer Reihe von Möglichkeiten, wie temperaturbeständigen Fasern, keramischen Filterkerzen etc. herbeizuführen (Energie Spektrum, Nov. 1987, S. 44-50). Eine solche Entstaubung findet je­ doch immer im Temperaturbereich unter dem Ascheschmelzpunkt statt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den SO3-Gehalt des Reingases mit geringem Aufwand zu senken.
Nach langjährigen und umfangreichen Versuchen wurde überraschenderweise gefunden, daß für eine Teilentschwefelung des durch Verbrennen von Braun­ kohle erzeugten Rohgases die Filterkerze des keramischen Filters verwendet wird, wobei das SO3-haltige Rohgas an der Oberfläche des aus Feinstkalk und Feinstasche gebildeten Filterkuchens der Filterkerze unter Bildung von CaSO4 entschwefelt und der Filterkuchen in an sich bekannter Weise abgereinigt wird.
Dadurch wird erreicht, daß durch das Feinstkalk und Feinstasche enthaltende Rohgas eine ständig neue aktive Oberfläche des so gebildeten Filterkuchens gebildet wird, die SO3-Bestandteile des Rohgases an Feinstkalk und Feinsta­ sche des Filterkuchens unter Bildung von CaSO4 gebunden werden und so ein entschwefeltes Reingas zur Verfügung steht.
Die Anwendung einer Filterkerze ist insofern überraschend, da die Fachwelt davon ausgegangen war, daß Filterkerzen für Aschen aus Braunkohlen in die­ sen Temperaturbereichen aufgrund des Erweichungs- und Anbackungsverhal­ ten überhaupt nicht geeignet sind.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeich­ nung zeigt das Prinzipbild der im Heißgasweg eines Kombikraftwerkes ange­ ordneten Filterkerze mit Wirkungsmechanismus.
Die druckaufgeladene zirkulierende Wirbelschichtfeuerung weist den Reaktor 1, mit Braunkohlezuführung 2, Primärluftstufung 3, Sekundärluftstufung 4 und Tertiärluftstufung 5 auf. Der Reaktor ist über den Heißgaskanal 6 mit dem Zy­ klon 7 verbunden. Der Zyklon 7 ist über die Zirkulationsleitung 8 mit der Braun­ kohlezuführung 2 verbunden. Der Rohgaskanal 9 des Zyklons 7 ist in den ke­ ramischen Filter 10 eingebunden. Im Behälter 21 ist der Rohgasraum 11 mit Ascheabführung 12 und der Reingasraum 13 mit Abreinigungsvorrichtung 14 ausgebildet und die Filterkerze 15 angeordnet. Der Reingaskanal 16 des Filter­ behälters 21 ist über die Gasturbine 17 mit dem Abhitzekessel 18 verbunden.
Die Druckluftleitung 19 des Verdichters 20 ist mit den Luftstufungen 3; 4; 5 ver­ bunden.
Die Wirkungsweise ist folgende:
Im Reaktor wird durch Verbrennen der zugeführten Braunkohle, der Verbren­ nungsluft sowie der Absorbenzien in Form von Kalk und rückgebildeten Fest­ stoffen das Heißgas erzeugt, dessen SO3-Gehalt im Wirbelbett des Reaktors 1 um ca. 30% reduziert wird. Um ca. 50% des SO3-Gehaltes des Heißgases wird im Freiraum des Reaktors reduziert. Das einen SO3-Gehalt von ca. 20% und Feststoffe aufweisende Heißgas gelangt in den Zyklon 7. Der Feststoffanteil größerer Körnung in Form von Kalk und Asche wird im Zyklon 7 abgeschieden und in den Reaktor 1 zurückgeführt.
Das so vorgereinigte Rohgas gelangt aus dem Zyklon 7 in den keramischen Filter 10. Das Rohgas weist dabei den Feststoffanteil kleiner Körnung in Form von Feinstkalk und Feinstaschen sowie das SO3 auf.
Dieses Rohgas strömt in den Rohgasraum 11 und an die Filterkerze 15. An der Filterkerze 15 wird der Filterkuchen 22, bestehend aus Feinstkalk und Feinsta­ sche, gebildet.
An der Oberfläche dieses Filterkuchens 22 wird das SO3 des Rohgases gebun­ den und CaSO4 gebildet.
Diese Bindung des SO3 an der Oberfläche des Filterkuchens 22 ist möglich, solange die Oberfläche des Filterkuchens 22 durch im Rohgas befindlichen weiteren Feinstkalk und Feinstasche neu gebildet wird. Wird durch Wachsen des Filterkuchens 22 der Druckverlust durch die Filterkerze 15 zu hoch, erfolgt durch die Abreinigungsvorrichtung 14 ein Druckluftstoß in den Innenraum der Filterkerze 15. Dadurch wird der Filterkuchen 22 von der Oberfläche gelöst. Die abgelösten Teilchen werden aus dem Filterbehälter 21 abgeführt. Das so gereinigte und teilentschwefelte Reingas gelangt in die Gasturbine 17 und den Abhitzekessel 18, wobei die Schadstoffemissionen (Feinstaub, SO3) auf die zulässigen Grenzwerte reduziert sind.
Darüber hinaus werden am Filterkuchen 22 der Filterkerze 15 auch die im Rauchgas befindlichen Feststoffe und gasförmigen Teilchen gebunden, die auf­ grund der Verbrennung der Braunkohle in Form von Alkali-Metall-Verbindungen frei werden und die zur Bindung dieser Verbindungen zugegebenen Additive, z. B. Tonerde, ausfallen.
Das heißt, die Feinstteile der genannten Stoffe werden ebenfalls an der Ober­ fläche des Filterkuchens gebunden und fallen bei der Abreinigung der Filterker­ ze aus dem Kreislauf aus. Dadurch werden Korrosionsangriffe auf die Schau­ feln der Turbine weitgehend vermieden.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1
Reaktor
2
Braunkohlezuführung
3
Primärluftstufung
4
Sekundärluftstufung
5
Tertiärluftstufung
6
Heißgaskanal
7
Zyklon
8
Zirkulationsleitung
9
Rohgaskanal
10
Filter
11
Rohgasraum
12
Ascheabführung
13
Reingasraum
14
Abreinigungsvorrichtung
15
Filterkerze
16
Reingaskanal
17
Gasturbine
18
Abhitzekessel
19
Druckluftleitung
20
Verdichter
21
Filterbehälter
22
Filterkuchen

Claims (6)

1. Verfahren zur Teilentschwefelung eines durch Verbrennen von Braunkohle erzeugten Heißgases, insbesondere für eine Gasturbine, wobei Feststoffe aus dem Heißgas in einem Zyklon abgeschieden werden und das Rohgas in einem keramischen Filter gereinigt wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Filterkerze des keramischen Filters zur Teilentschwefelung des Rohga­ ses in einem Temperaturbereich, der oberhalb des Ascheschmelzpunktes liegt, verwendet wird, wobei der Verbrennung Kalk zugesetzt, das SO3-haltige Roh­ gas an der Oberfläche des aus Feinstkalk und Feinstasche gebildeten Filterku­ chens der Filterkerze unter Bildung von CaSO4 entschwefelt und der Filterku­ chen in an sich bekannter Weise abgereinigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Heißgas in einer zirkulierenden druckaufgeladenen mit Braunkohle betriebenen Wirbel­ schichtfeuerung erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Heißgas in einem braunkohlenstaubbetriebenen Dampfkessel erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Heißgas durch zusätzliche Verbrennung eines Braunkohlenstaub-Luft-Gemisches er­ zeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Heißgas durch zusätzliche Verbrennung des Braunkohlenstaub-Luft-Gemisches mit der Sekundär-Luftstufung und/oder Tertiärluftstufung und/oder über den Luftstufun­ gen und/oder im Freiraum und/oder vor und/oder nach dem Abscheider zusätz­ lich eingeblasen sowie verbrannt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die zusätz­ liche Verbrennungsluft vom Verdichter der Gasturbinenanlage erzeugt wird.
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