DE4421313C2

DE4421313C2 - Additiv zur Reduzierung der Schadstoffbelastung der Luft bei der Verbrennung von Braunkohle

Info

Publication number: DE4421313C2
Application number: DE4421313A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr Rer Nat Harms; Friedmar Dr Ing Rehn; Anita Dipl Ing Biegel; Ekkehard Lange; Helmut Obraniak; Wolfgang Prof Dr Ing Poetke
Original assignee: LAUSITZER BRAUNKOHLE AG
Current assignee: LAUSITZER BRAUNKOHLE AG
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2014-06-18
Also published as: DE4421313A1

Description

Es ist bekannt, daß Additive auf der Basis von Kalkstein, Brannt- oder Löschkalk der Braunkohle zugemischt werden, um während der Verbrennung eine Schwefeldioxid-Emissions reduzierung in den Rauchgasen zu erzielen. Bekannt ist auch, als Zusatz MgO, MgCO₃ bzw. MgOCaO zu verwenden. Das bei der Verbrennung entstehende CaSO₄ bzw. MgSO₄ ist in die Asche eingebunden und wird als Bestandteil der Asche mit dieser deponiert.

Nach DE 30 15 710 werden schwefelbindende Stoffe, wie CaO oder CaOMgO in einem Staubkohlebrennprozeß in einem sol chen Verhältnis eingesetzt, daß der gesamte in der Kohle enthaltene Schwefel abgebunden sein soll. Da die Reaktion der genannten basischen Additive nicht stöchiometrisch mit dem bei der Verbrennung entstehenden SO₂ abläuft, wer den Additive bei dem angegebenen Mischungsverhältnis in zu großer Menge zugeführt.

Insgesamt führt die Zugabe von Kalkprodukten nur zu einer teilweisen SO₂-Einbindung bei zwangsweiser Erhöhung des Ascheanteils. Auch die in den Braunkohlen natürlich ent haltenen Bestandteile (Ca- und Mg-Verbindungen) reagieren bei der Verbindung nicht stöchiometrisch mit dem SO₂.

Bekannt ist auch zur Einbindung des Schwefels, daß

- nach DE 33 08 927 die Flugasche mit z. B. Kalk oder Magne siumoxid den aus der Feuerung kommenden Rauchgasen wie der zugemischt wird,
- nach DE 37 00 553 der Flugstaub unmittelbar hinter dem Re aktionsraum niedergeschlagen und der dort niedergeschla gene Flugstaubanteil dem kontinuierlich zugeführten fri schen Kalksteinmehl vor dessen Einblasen in den Reaktions raum wieder beigegeben wird,
- nach DE 38 13 376 Vollwertkohle oder Abfallkohle mit Fil terrückständen, die bei der Lebensmittelölreinigung durch Filtration anfallen, mit Rückstandsprodukten aus der Zuckerindustrie oder Spezialkalk, hier Calciumcarbo nat mit hexagonalem Kohlenstoff, gemischt werden,
- nach DE 33 26 826 Braunkohle sowie schwefelbindende Sub stanz so miteinander gemischt werden, daß die Substanz in der resultierenden Mischung in feinverteilter Form vorliegt,
- nach DE 33 47 703 Rohkohle und Kalkstein im Aufgabenbereich vor der Luftstrommühle im gleichen Verhältnis über Do sier- und Transportgeräte der Mühle zugeteilt werden,
- nach DE 34 09 014 und DE 35 08 650 der Brennstoff und das Additiv in getrennten Desintegrationsverfahren aufberei tet werden, diesem desintegrierten Brennstoff wenigstens die vierfache Menge seines Schwefelgehaltes an frisch aufbereitetem Additiv beigemischt wird und dieses unter angegebenen Bedingungen verbrannt wird bzw., daß die Desintegration des Brennstoffes in einer Inertgasatmosphä re, die Desintegration des Additivs hingegen in einem un abhängigen Desintegrationsverfahren in normaler Luft er folgt,
- nach DE 37 07 060 bei einem Gemisch von Abfallkohlen, dem nach Zugabe von organischen, anorganischen Ammonsalzen oder von Schwefel-Stickstoffverbindungen Weißfeinkalk zugemischt wird, eine Schadstoffminderung erfolgt,
- nach DE 33 09 911 zum Einbinden von sauren Schadstoffen in Kesseln eine klare Flüssigkeit dem fossilen Brennstoff vor und/oder bei und nach der Mahlung zugesetzt wird, die gelöste, hochkonzentrierte Calcium-Ionen enthält, die an anorganischen und/oder organischen Säuren bzw. deren Sal zen in der flüssigen Phase gebunden sind,
- nach DE 34 13 831 zur Verminderung der Schadstoffemission bei einer schwefelhaltigen Kohle-/Wasser-Suspension ein schwefelbindendes Additiv zugesetzt wird und die mehr als 55 Gew.-% Kohleanteil enthaltende Suspension dem Brenner der Feuerungsanlage zugeführt wird.

Nachteilig ist bei diesem Verfahren der hohe, völlig unge nutzte Überschuß an Additiv, der den Heizwert senkt und zu sätzliche Deponierungskosten durch Erhöhung der Aschemenge verursacht. Dabei ist es unerheblich, ob das Additiv in den Feuerungsraum bzw. in bestimmte Verbrennungszonen eingedüst oder vor der Verbrennung mit der Kohle zusammen ver mahlen oder vor der Verbrennung mit der Kohle zusammen ver mahlen wird oder in Kohle-/Wasser-Suspensionen, z. T. noch in Kombination mit anderen Additivbestandteilen zur Anwen dung kommt.

Um die SO₂-Einbindung zu verbessern, sind auch mehrstufige Verfahren bekannt, wie in DE 38 83 996 beschrieben.

In der DE 32 34 315 ist ein Verfahren beschrieben, nach dem die teilweise Bindung des SO₂ während des Verbrennungsvor ganges an Kalkprodukte, die mit der Kohle schwingvermahlen wurden, erfolgt, wobei eine anschließend weitere Behandlung der Rauchgase in einer Rauchgasentschwefelungseinrichtung erforderlich ist.

Derartige mehrstufige Verfahren sind aufwendig und verur sachen hohe Kosten.

Neben dem Einsatz von Kalkprodukten, der Verwendung mineral stoffhaltiger Flugaschen und Filterrückständen der Lebens mittelölreinigung ist auch nach DE 40 05 782 die Verwendung von Bleicherde in Verbindung mit Kalk bekannt.

Auch mit dieser Maßnahme wird eine Verbesserung der Schwe feleinbindung gegenüber der Verwendung reiner Kalkadditive nicht erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Additiv zu finden, daß nicht nur die Eigen bindung des Schwefels durch die basischen, Ca-enthaltenden Bestandteile verbessert, sondern auch die Wirkung zusätz lich zugeführten Kalziums verstärkt und somit die Schad stoffbelastung der Luft in einem stärkeren Maße senkt als nur durch Kalkzusatz.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Vorteilhaft ist, daß durch die Auswahl von Stärke als Addi tiv, die bisher nur als Bindemittel bekannt ist, der Heiz wert der Brennstoffmischung nur geringfügig abgesenkt wird. Ursachen dafür sind der relativ hohe Heizwert, den die Stär ke selbst besitzt und die intensive Kontaktierung der Stär ke mit der Kohle.

Ein vorteilhafter Effekt besteht auch darin, daß im Ver gleich zu einem aus Kalk bestehenden Additiv, der Aschean teil wesentlich gesenkt wird, was zu einer geringeren Um weltbelastung und zur Einsparung von Deponiekosten führt. Dem erfindungsgemäßen Additiv kann noch Kalk in einer Menge von 0,2 bis 5 Gew.-% zugesetzt werden. Dadurch erhöht sich zwar der Aschegehalt geringfügig, aber es tritt eine noch höhere Reduzierung der Schadstoffemission ein, da durch die Stärke die Wirkung des zusätzlich zugeführten Kalziums ver stärkt wird. Das Additiv, unabhängig ob es nur aus Stärke oder aus Stärke und Kalk besteht, kann entweder in die Braunkohle eingearbeitet werden, z. B. während des Briket tierprozesses oder direkt in den Braunkohlenbrennstaub oder während der Verbrennung der Braunkohle in den Verbrennungs raum eingedüst werden. Vorteilhaft ist es, wenn die Additive vor dem Einarbeiten in einen gesonderten Mischprozeß mit der Ausgangskohle im Mengenverhältnis von etwa 1 : 1 gemischt werden.

Als Kalk können die ansonsten üblichen Verbindungen, wie Kalkhydrat, Branntkalk und auch Kalkstein eingesetzt werden. Der erfindungsgemäße, Stärke oder Stärke und Kalk enthalten de Braunkohlenbrennstoff kann damit zu einer wesentlichen Verringerung der Umweltbelastung von Braunkohleverbrennungs anlagen beitragen.

Die Erfindung soll nachstehend an einigen Beispielen erläu tert werden:

Herstellung der Additive Beispiel 1 Braunkohlenbrennstaub mit Stärke als Additiv

1. Beladung einer vorgequollenen Weizen-B-Stärke mit 10 Gew.-% Wasser
2. Vormischung mit Braunkohlenbrennstaub im Verhältnis 1:1 in einem Schnellmischer
3. Vermischung des unter Pkt. 2 erhaltenen Materials mit Braunkohlenbrennstaub, so daß eine Brennmischung folgen der Zusammensetzung entsteht:

Braunkohlenbrennstaub:

98,15 Gew.-%

Stärke (Qualität gemäß Pkt. 1): 1,85 Gew.-%

Beispiel 2 Braunkohlenbrennstaub mit Stärke als Additiv

1. Beladung einer vorgequollenen Weizen-B-Stärke mit 10 Gew.-% Wasser
2. Vormischung mit Braunkohlenbrennstaub im Verhältnis 1 : 1 in einem Schnellmischer
3. Vermischung des unter Pkt. 2 erhaltenen Materials mit Braunkohlenbrennstaub, so daß eine Brennmischung folgen der Zusammensetzung entsteht:

Braunkohlenbrennstaub:

90 Gew.-%

Stärke (Qualität gemäß Pkt. 1): 10 Gew.-%

Beispiel 3 Braunkohlenbrennstaub mit Stärke als Additiv

1. Beladung einer vorgequollenen Weizen-B-Stärke mit 10 Gew.-% Wasser
2. Vermischung des unter Pkt. 1 erhaltenen Materials mit Braunkohlenbrennstaub, so daß eine Brennmischung folgen der Zusammensetzung entsteht:

Braunkohlenbrennstaub:

98,15 Gew.-%

Stärke (Qualität gemäß Pkt. 1): 1,85 Gew.-%

Beispiel 4 Braunkohlenbrennstaub mit Kalk und Stärke als Additiv

1. Beladung einer vorgequollenen Weizen-B-Stärke mit 30 Gew.-% Wasser
2. Vormischung mit Braunkohlenbrennstaub im Verhältnis 1 : 1 in einem Schnellmischer
3. Vermischung des unter Pkt. 2 erhaltenen Materials mit Weißfeinkalk und mit Braunkohlenbrennstaub, so daß eine Brennmischung folgender Zusammensetzung entsteht:

Braunkohlenbrennstaub:

93,71 Gew.-%

Stärke (Qualität gemäß Pkt. 1): 4,44 Gew.-%

Weißfeinkalk: 1,85 Gew.-%

Beispiel 5 Kalk-Stärke-Additiv - direkte Zuführung in den Verbrennungsraum

1. Beladung einer vorgequollenen Weizen-B-Stärke mit 30 Gew.-% Wasser
2. Vermischung mit Weißfeinkalk, so daß eine Additivmi schung folgender Zusammensetzung entsteht:

Stärke (Qualität gemäß Pkt. 1):

70,59 Gew.-%

Weißfeinkalk: 29,41 Gew.-%

Dieses Additiv, das getrennt vom Braunkohlenbrennstaub in den Verbrennungsraum eingedüst wurde, kam in folgen dem %-Verhältnis zum Einsatz:

Braunkohlenbrennstaub:

93,71 Gew.-%

Kalk-Stärke-Additiv: 6,29 Gew.-%

Beispiel 6 Braunkohlenbrennstaub mit Kalk und Stärke als Additiv

1. Beladung einer vorgequollenen Maisstärke mit 10 Gew.-% Wasser
2. Vermahlung der Stärke mit Trockenkohle der Braunkohlen brennstaubherstellung und Kalkhydrat in einer Stab schwingmühle zur üblichen Braunkohlenbrennstaubqualität, so daß folgende Zusammensetzung der Brennmischung ent steht:

Braunkohlenbrennstaub:

94,45 Gew.-%

Stärke (Qualität gemäß Pkt. 1): 3,7 Gew.-%

Kalkhydrat: 1,85 Gew.-%

Beispiel 7 Braunkohlenbrikett mit Kalk und Stärke als Additiv

1. Beladung einer vorgequollenen Weizen-B-Stärke mit 20 Gew.-% Wasser
2. Vormischung mit Brikettierkohle und Kalkhydrat im Ver hältnis 1 : 1 in einem Mischer
3. Vermischung des unter Pkt. 2 erhaltenen Materials mit Brikettierkohle, so daß folgende Zusammensetzung der Brikettiermischung entsteht:

Brikettierkohle:

91,12 Gew.-%

Stärke (Qualität gemäß Pkt. 1): 4,44 Gew.-%

Kalkhydrat: 4,44 Gew.-%
4. Brikettierung nach üblichen Bedingungen

Die nach den vorgenannten Beispielen hergestellten Braun kohlenbrennstoffe wurden in einer Verbrennungsanlage ver brannt, wobei folgende Eigenschaften bestimmt wurden:

- SO₂-Einbindungsgrad: Berechnung aus Rauchgaszusammen setzung (SO₂-Messung im trocke nen Rauchgas)
- NO₂-Anteil im Rauchgas: Messung im trockenen Rauchgas
- Heizwert: nach DIN 51900, Teil 1 und 3.

Die erzielten Ergebnisse und Verbrennungsparameter sind in der abschließenden Tabelle angegeben. Gemäß dem Beispiel 5 wurde dem ansonsten üblichen Braunkohlenbrennstaub das Additiv erst im Verbrennungsraum zugeführt.

Um die hervorragenden Effekte der Erfindung zu verdeutli chen, wurden noch einige Brennversuche mit Braunkohlenbrenn stoff ohne Zusatz des erfindungsgemäßen Additivs durchge führt.

Vergleichsbeispiel 1 Braunkohlenbrennstaub ohne Additiv

Zusammensetzung:
Braunkohlenbrennstaub: 100 Gew.-%

Vergleichsbeispiel 2 Braunkohlenbrennstaub mit Kalk als Additiv

1. Vormischung von Kalkhydrat mit Braunkohlenbrennstaub im Verhältnis 1 : 1 in einem Schnellmischer
2. Vermischung des unter Pkt. 1 erhaltenen Materials mit Braunkohlenbrennstaub, so daß eine Brennmischung folgen der Zusammensetzung entsteht:

Braunkohlenbrennstaub:

98,15 Gew.-%

Kalkhydrat 1,85 Gew.-%

Vergleichsbeispiel 3 Braunkohlenbrikett mit Kalk als Additiv

1. Vormischung von Brikettierkohle und Kalkhydrat im Ver hältnis 1 : 1
2. Vermischung des unter Pkt. 1 erhaltenen Materials mit Brikettierkohle, so daß folgende Zusammensetzung ent steht:

Brikettierkohle:

95,56 Gew.-%

Kalkhydrat 4,44 Gew.-%
3. Brikettierung nach üblichen Bedingungen

Vergleichsbeispiel 4 Braunkohlenbrikett ohne Additiv Brikettierung von Brikettierkohle nach üblichen Bedingungen

Zusammensetzung der Brikettiermischung:
Brikettierkohle: 100 Gew.-%

Die Braunkohlenbrennstoffe gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 wurden unter den gleichen Bedingungen wie die erfin dungsgemäßen Brennstoffe verbrannt. Die erzielten Ergebnis se sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.

- Verbrennungsversuche in einer Staubkohleverbrennungsanlage unter den Bedingungen:
S-Gehalt der Kohle: 0,8%
Brennluftfaktor: 1,1
Verbrennungstemperatur: 970-1040°C
O₂-Gehalt im Rauchgas: 2%
- Verbrennungsversuche mit Briketts in einem Dauerbrandofen Typ OHRA 512 S-Gehalt der Kohle: 0,8%
Verbrennungstemperatur: 750-850°C

Die Ergebnisse zeigen die Vorteile der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 6 bei der Braunkohlenbrennstaub- und des Beispiels 7 bei der Brikettverbrennung.

So übertreffen die erfindungsgemäßen Beispiele 1 und 3 (Brennstaub + 1,85% Stärke) das Vergleichsbeispiel 1 (Staubkohle ohne Additiv) im SO₂-Einbindungsgrad um 9 bzw. 8% und erreichen nahezu das Vergleichsbeispiel 2 (Staub kohle + 1,85% Kalkhydrat). Bezüglich des NO_x-Gehaltes im Rauchgas wird das Vergleichsbeispiel 1 und 2 deutlich unterboten.

Das Beispiel 2 (Staubkohle + 10% Stärke) weist einen deut lich höheren S-Einbindungsgrad und einen geringeren NO_x-Ge halt auf als die Vergleichsbeispiele 1 und 2.

Die Beispiele 4-6 zeigen, wie vorteilhaft die Verbrennung von Braunkohlenbrennstaub ist, wenn Kalk-Stärke-Additive verwendet werden. Hohe S-Einbindungsgrade werden unabhän gig davon erreicht, ob das Additiv in den Brennstaub einge mischt ist (Beispiel 4), mit dem Brennstaub schwingvermah len wird oder getrennt vom Brennstaub in den Verbrennungs raum eingedüst wird.

Als sehr vorteilhaft erwies sich die Verwendung eines Kalk- Stärke-Additivs bei der Brikettierung. Gegenüber den Ver gleichsbeispielen 3 (Kalkhydrat als Additiv) und 4 (ohne Additiv) wurde eine deutlich höhere Schwefeleinbindung wäh rend des Verbrennungsprozesses erreicht.

Claims

1. Additiv zur Reduzierung der Schadstoffbelastung der Luft bei der Verbren nung von Braunkohlenstaub, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv aus nativer, vorgequollener und/oder modifizierter Stärke und/oder stärkeent haltenden Roh- oder Zwischenprodukten mit einem Wassergehalt von 10 - 80% besteht und mit einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge aus Braunkohlenstaub und Additiv, im Brennstoff enthalten ist.

2. Additiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein Wassergehalt 10 bis 40% beträgt.

3. Additiv nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieses 0,2 bis 5 Gew.-% Kalk enthält.

4. Verwendung des Additivs nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß dieses vor der Verbrennung in die Braunkohle eingear beitet wird.

5. Verwendung des Additivs nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieses vor der Einarbeitung in den Brennstoff mit Braunkohlenstaub im Mengenverhältnis von ca. 1 : 1 gemischt wird.

6. Verwendung des Additivs nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß dieses während der Verbrennung der Braunkohle in den Verbrennungsraum eingedüst wird.