DE4437235A1 - Verfahren und Vorrichtung zur teilweisen Entschwefelung staubhaltiger Verbrennungsabgase - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur teilweisen Entschwefelung staubhaltiger Verbrennungs­ abgase.

Aus der WO 92/03211 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur vollständigen trockenen Entschwefelung von SO₂ und Flugasche enthaltenden Abgasen der Verbrennung von Kohlenstaub und ande­ ren aschehaltigen Brennstoffen bekannt, bei dem bzw. in der die Flugasche aktiviert wird, indem der die Asche enthaltende Kohlenstaub in der Verbrennung mit einer Geschwindigkeit mit mehr als 3000°C pro Sekunde auf eine Temperatur von mehr als 900°C, bevorzugt 1200°C, jedoch unterhalb der sich innerhalb der Verweilzeit in der Flamme einstellenden Aschesintertempera­ tur aufgeheizt wird und die Abgase bis auf eine Temperatur abgekühlt werden, die um eine vorbestimmte Distanz über dem Wassertaupunkt liegt, wobei der zulässige Höchstwert dieser Distanz davon abhängt, wie groß die Verweilzeit der Abgase von erfolgter Abkühlung bis zur Abtrennung des Feinstaubanteils der Asche ist. Bei einer Verweilzeit von 0,8 s darf die Temperatur­ distanz maximal 25°C sein, bei einer Verweilzeit von 0,1 s darf die Temperaturdistanz maximal 11°C sein, liegt die Verweilzeit zwischen 0,8 s und 0,1 s ergibt sich die maximal zulässige Tem­ peraturdistanz aus linearer Interpolation.

Dieses bekannte Verfahren verlangt eine Abkühlung der Verbren­ nungsabgase mit den darin enthaltenen Flugascheteilchen auf ungewöhnlich tiefe Temperaturen, was zwar eine sehr hohe Wärme­ ausnutzung der Abgase mit sich bringt, in manchen Fällen aber unerwünscht ist, wenn beispielsweise die Abgase an anderer Stelle noch zur Temperaturabgabe benötigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu­ geben, das es ermöglicht, staubhaltige Verbrennungsabgase auf einfache Weise weitgehend zu entschwefeln, jedoch keine Abküh­ lung der Abgase auf Temperaturen dicht über dem Wassertaupunkt verlangt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens sind Gegenstand wei­ terer Ansprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere bei der Ver­ brennung von üblichem Braunkohlenstaub einsetzbar, der u. a. Schwefel und Asche enthält. Bei der Verbrennung mit Luft ent­ stehen daraus SO₂, SO₃, sowie Metalloxide. Die Verbrennung wird in nachstehend beschriebener Weise so geführt, daß die Metall­ oxide für eine begrenzte Zeit sehr oberflächenaktiv sind und die vorgenannten Schadstoffe einbinden, z. B. als Sulfit oder Sulfat. Gleichzeitig wird auch Wasserdampf aus den Verbren­ nungsabgasen eingebunden, meist als Kristallwasser. Die Abgase werden dadurch trockener, was praktische Vorteile hat. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt diesen kombinierten Effekt aus.

Besonders wirksam sind dabei in bekannter Weise die alkalischen Komponenten der Asche, z. B. Ca und Mg. Weniger wirksam sind Fe, Al und andere Bestandteile in der Asche. Als unwirksam zeigte sich Si.

Wenn Ca oder Mg zur üblichen chemischen Einbindung der Schwe­ felbestandteile nicht ausreichen, können dem Braunkohlenstaub vor der Verbrennung alkalische staubförmige Absorbentien, ins­ besondere Ca in üblichen Verbindungen, wie Ca(OH)₂ oder CaCO₃ zugegeben werden. Durch die Erhitzung dieser Bestandteile bei der Verbrennung werden sie zu CaO zersetzt, dessen Wirkung sich zu der der aktiven Aschekomponenten addiert.

Bei dem Verfahren sind folgende Schritte und Bedingungen einzu­ halten:

• 1. Verbrennung des Braunkohlenstaubs mit Luft in der Flamme eines Brenners;
• 2. Erhitzung der Aschekomponenten und ggf. der zugesetzten alkalischen staubförmigen Absorbentien bei der Verbrennung wenigstens auf die Zersetzungstemperatur der jeweils vorliegen­ den Verbindungen, wie etwa Ca(OH)₂, CaCO₃ usw. - außer den Oxiden - bevorzugt auf wenigstens 900°C, jedoch weniger als 1100°C, weil dann die aktiven Komponenten "totgebrannt" wür­ den;
• 3. Ausführung der Erhitzung in weniger als 0,6 s, bevorzugt weniger als 0,3 s. Bei langsamerer Erhitzung würde die Reak­ tionswirkung der Aschekomponenten nachlassen;
• 4. Ausführung der Erhitzung durch Wärmeübertragung aus den heißen Abgasen, die bei der Verbrennung des Kohlenstaubs ent­ stehen;
• 5. Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts der Verbrennungsabgase durch Einblasen von 1% bis 5%, bevorzugt 2% bis 3% Wasserdampf oder zerstäubtem Wasser, wobei dieser Prozentsatz Gewichts-Pro­ zentwasser bezogen auf Gewichtsmenge Brennluft ist;
• 6. Einblasen dieses Wasser- bzw. Wasserdampfanteils in die Ver­ brennungsabgase in einen Bereich derselben, wo die vorgenannten staubförmigen Komponenten noch möglichst weitgehend enthalten sind und, falls Wassertröpfchen eingeblasen werden, wo die Tem­ peratur noch sicher für die Verdampfung der Wassertröpfchen ausreichet, vorzugsweise in den Verbrennungsraum und weiter, im Falle der Einblasung von Wassertröpfchen, bevorzugt an dessen Ende vor Eintritt der Verbrennungsabgabe in den Konvektions­ teil, z. B. eines Kessels;
• 7. Erzeugung einer turbulenten Vermischung von Wasserdampf bzw. verdampfenden Wassertröpfchen mit den vorgenannten staubhalti­ gen Verbrennungsabgasen mit dem Ziel, SO₂ bzw. SO₃, H₂O und Staub möglichst intensiv miteinander zu vermischen, und
• 8. Abkühlen der staub- und wasserdampfhaltigen Verbrennungsab­ gase in an sich bekannter Weise.

Die Abkühlung kann z. B. bei Kesseln in Rauchgaszügen und Wärme­ tauschern usw. erfolgen. Dabei bilden sich insbesondere aus den alkalischen Aschekomponenten vorwiegend Sulfate, zum kleineren Teil auch Sulfite, in jedem Falle aber mit Kristallwasser.

Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens konnte durch Messungen von einem 3,5 MW-Flammrohrkessel nachgewiesen werden, der mit Lausitzer Braunkohlenstaub mit einem Schwefelgehalt von ca. S = 0,6% befeuert wurde. Bei Verfeuerung dieses Braunkoh­ lenstaubes reichte dessen Gehalt an alkalischen Komponenten in der Asche zur vollständigen Schwefeleinbindung nicht aus. Des­ halb wurde der Braunkohlenstaub vor der Verbrennung mit ca. 3% Ca(OH)₂ in Form von handelsüblichem Kalkhydrat vermischt. Die Messungen ergaben dann, abhängig von der Kessellast (alle Werte nach TA Luft auf 7% O₂ bezogen) die folgenden Ergebnisse:

Man erkennt aus dieser Tabelle, daß das erfindungsgemäße Ver­ fahren eine Verringerung des SO₂-Auswurfs auf 45% bis 55% der ursprünglichen Werte ergibt, abhängig von der Kessellast. Man sieht ferner, daß das Verfahren zwar einfach, aber sehr wir­ kungsvoll ist.

Zugleich ergab sich auch eine Verringerung der NO_x-Anteile in den Abgasen, die jedoch schwächer war.

Durch weitere Messungen konnte nachgewiesen werden, daß die Schwefelkomponenten chemisch eingebunden werden, z. B. zu CaSO₄·nH₂O. Die Einbindung des Wassers in Form von Kristall­ wasser konnte gesondert nachgewiesen werden. Man sieht, daß SO₂ und H₂O gemeinsam eingebunden werden. Die SO₂-Einrichtung erreicht offenbar erst dann hohe Werte, wenn genügend H₂O zur Bildung der obigen Struktur vorhanden ist. Entsprechend zeigt die Asche nach der SO₂-Einbindung gipsähnliche Eigenschaften.

Das Wasser wird zweckmäßigerweise in den Feuerungsraum einge­ düst, z. B. mit Druckluft, wodurch sich feinste Tropfen ergeben. Ein geeigneter Ort für die Eindüsung ist das Ende des Feuer­ raums, bei Flammrohrkesseln also das Ende des Flammrohrs, wobei die Eindüsung zentral entgegengesetzt zur Hauptströmungsrich­ tung erfolgt. Hier werden die Wassertropfen noch immer so schnell verdampft, daß es nicht zur Bildung von Ablagerungen und Verkrustungen an den Kesselwänden kommt. Ein anderer geeig­ neter Ort für die Anordnung der Wasserzerstäubungsdüse ist ringförmig um die Mündung der Brennermuffel, d. h. ein Kranz von Düsen um jene Mündung.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist wichtig, daß durch die Verbrennung der Aschestaub, insbesondere dessen alkalische Kom­ ponenten, ausreichend oberflächenaktivert werden. Dieses wird durch die vorgenannten Schritte bzw. Bedingungen 1 bis 3 erreicht. Es ist dabei wichtig, daß die alkalischen Komponenten nicht "totgebrannt" werden. Die Erhitzung der Aschekomponenten muß daher unterhalb von 1100°C bleiben.

Konventionelle Staubbrenner, wie sie beispielsweise in Kraft­ werkskesseln verwendet werden, sind für das erfindungsgemäße Verfahren unbrauchbar, denn sie haben Flammtemperaturen von 1300°C bis 1400°C, weshalb die dabei entstehende Asche kaum noch aktiv ist, denn sie hat in bekannter Weise annäherungs­ weise die Flammtemperatur angenommen.

Die Temperatur der Asche während der Erhitzung kann auf ver­ schiedene Weise auf die für das erfindungsgemäße Verfahren not­ wendigen Werte begrenzt werden, beispielsweise durch Zumischen von O₂-armen kalten Abgases in die Verbrennungsluft. Meist ist dann aber die Aufheizgeschwindigkeit nicht ausreichend für eine Oberflächenaktivierung der Ascheteilchen. Ein besserer Weg ist die Verwendung von Spezialbrennern, in denen aufgrund des spe­ ziellen inneren Strömungsverlauf niedrige Temperaturen herr­ schen.

Ein Beispiel hierfür wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert:

Fig. 1 zeigt einen Brenner zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren im Axialschnitt, und

Fig. 2 zeigt eine Kesselanlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Der Brenner 3 nach Fig. 1 besteht aus einer divergenten Bren­ nermuffel 17, die einen Durchmesser D1 am Kopfende und einen vergrößerten Durchmesser D2 an ihrem größten Querschnitt, der ihren Austritt darstellt, aufweist. An diesem größten Quer­ schnitt D2 schließt sich eine konvergente Flammbeschleunigungs­ düse 19 an, die sich an ihrem Ausgang auf einen Durchmesser D3 verringert. Am Kopfende der divergenten Brennermuffel 17 ist eine Verbrennungsluftwirbelkammer 11 angeordnet, die ein radi­ ales Schaufelgitter 13 enthält. Die divergente Brennermuffel 17 sitzt teilweise in einem Sammelraum 12, der einen Einlaß für Verbrennungsluft aufweist und der Vergleichmäßigung der beim Einlaß 1 zugeführten Verbrennungsluft dient. Durch das Kopf­ ende der divergenten Brennermuffel 17 und die Drallvorrichtung mit dem Schaufelgitter 13 erstreckt sich eine Lanze 20 zur Zuführung von Kohlenstaub, die in Höhe des größten Durchmessers D2 der divergenten Brennermuffel 17 endet und dort eine Umlenk­ haube 21 aufweist.

Der Bereich größeren Durchmessers D2 der divergenten Brenner­ muffel 17 und die Beschleunigungsdüse 19 sind von einem Wasser­ bad umgeben, das einen Teilabschnitt 18 der divergenten Bren­ nermuffel 17 und die Beschleunigungsdüse 19 kühlt.

Dem Brenner 3 wird in bekannter Weise Brennluft 1 in den Sam­ melraum 12 zugeleitet, von wo sie durch einen Querschnitt L1 zum Schaufelgitter 13 in der Wirbelkammer 11 gelangt und von diesem in einen Drall versetzt wird, sodaß sie in einer wendel­ förmigen Strömung nahe der Wand der divergenten Brennermuffel 17 bis zum größten Querschnitt D2 derselben strömt. Dort erfolgt eine teilweise Umkehrung dieser Strömung, und die nun rückwärts gerichtete Teilströmung strömt nahe der Lanze 20 in Richtung auf den Kopf der Brennermuffel 17 zurück. Weiterhin wird dem Brenner 3 von einem Trägergasstrom getragener Kohlen­ staub 2 durch die Kohlenstaublanze 20 hindurch zugeführt. Der an der Umlenkhaube 21 aus der Kohlenstaublanze 20 austretende Kohlenstaub wird von der vorgenannten Rückströmung mitgerissen. In der Wirbelkammer 11 kehrt die Rückströmung wieder um und vermischt sich mit der wandnah wirbelnden Frischluftströmung.

Vor der Wirbelkammer 11 befindet sich ein Kopfraum 10, der durch eine zentrale Öffnung, die auch von der Kohlenstaublanze 20 durchdrungen ist, mit der Wirbelkammer 11 verbunden ist. In den Kopfraum 10 münden ein Luftzuführrohr 15 und ein Zündgaszu­ führrohr 16. Beide dienen der Erzeugung eines zündfähigen Gas­ gemischs im Kopfraum 10 zur erstmaligen Zündung des Brenners. Alternativ kann der Kopfraum auch über eine von einem Schieber 23 verschließbare Öffnung 9 aus dem Sammelraum 12 mit Zündluft versorgt werden.

Für die Inbetriebsetzung des Brenners wird in der Wirbelkammer 11 vom Kopfraum 10 aus eine Zündflamme erzeugt. Wenn sodann mittels der Lanze 20 Kohlenstaub in die schon aufgebaute Luft­ strömung eingetragen wird, gelangt er in der Rückströmung in den Bereich des Kopfendes der Brennermuffel 17 und wird dort gezündet. Die Zündgaszufuhr am Rohr 16 und die Luftzuführung am Rohr 15 bzw. an der Öffnung 8 können nun abgestellt werden. Der Kohlenstaub wird in der wirbelnden wandnahen Strömung ver­ brannt. Die Strahlungswärme der wandnahen Flamme erhitzt den aus der Kohlenstaublanze 20 ausgetretenen, in der zentralen Rückströmung befindlichen Kohlenstaub, so daß dieser höchst aktiviert auf die Flamme im Bereich der Wirbelkammer 11 trifft und dort spontan zündet. Vom Durchmesser D2 an werden die bren­ nenden Gase in der Beschleunigungsdüse 19 beschleunigt und ver­ lassen diese am Querschnitt D3 als gebündelter Strahl 22.

Für eine Feuerungsleistung von 3,9 MW werden erfindungsgemäß folgende Abmessungen gemäß Fig. 1 verwendet:
Durchmesser D1 am Eintritt in die Brennermuffel 17:
D1 = 338 mm
Durchmesser D2 am Austritt der Brennermuffel 17:
D2 = 700 mm
Durchmesser D3 am Austritt der Beschleunigungsdüse 19:
D3 = 350 mm
Axiale Länge L1 der Wirbelkammer 11:
L1 = 197 mm
Länge der divergenten Brennermuffel 17:
L2 = 1470 mm
Länge des konischen Abschnitts der Beschleunigungsdüse 19:
L3 = 850 mm
Die Leitschaufeln 13 sind vorteilhaft nach einer logarith­ mischen Spirale geformt, wobei der Spiralwinkel gegen die Umfangsrichtung zwischen 6° und 12°, bevorzugt zwischen 8° und 10° liegt.

Bei einer solchen Wahl der Abmessungen stellt sich in der Bren­ nermuffel die in Fig. 1 gezeigte, gezielte Strömung ein, wobei nur die Durchsatzkomponenten gezeichnet sind. Diese sind von einer Umfangskomponente derart überlagert, daß sich am Außenum­ fang der Strömung ein Strömungswinkel von ca. 45° gegen die Mantellinie der divergenten Brennermuffel 17 ergibt.

Bei Wahl der vorgenannten Abmessungen werden zwei Gruppen von Ergebnissen erreicht:

a) Flammstabilität

Es bildet sich eine wandnahe Durchsatzströmung in der divergen­ ten Brennermuffel 17 vom Durchmesser D1 zum Durchmesser D2 aus. Am Durchmesser D2 kehrt etwa die Hälfte der Strömungsmenge radial nach innen um und läuft entlang der Kohlenstaublanze 20 durch den Querschnitt des Durchmessers D1 bis in den Kopfraum zum Bereich der Leitschaufeln 13 zurück. Hier kehrt sich diese Strömung wieder radial nach außen um und strebt zusammen mit dem Frischluftdurchsatz spiralförmig mit sich erweiterndem Spi­ ralquerschnitt dem Durchmesser D2 zu. Zwischen Durchsatz- und Rückströmung bildet sich eine Zone sehr intensiver Turbulenz aus, in der sich die Flamme stabilisiert.

Der Kohlenstaub 2 wird zusammen mit einer vorzugsweise konstan­ ten Trägerluftmenge in die Lanze 20 eingeführt und mit Hilfe der Umlenkhaube 21 in die Rückströmung eingeblasen.

Unter der Einstrahlung der umgebenden, wandnahen Flamme ver­ dampfen die flüchtigen Komponenten des in der Rückströmung befindlichen Kohlenstaubs und bilden mit der Brennluft 1, die in die Wirbelkammer 11 eintritt, eine gasartige Flamme, die zusammen mit dem restlichen Kohlenstaub im Flammstrahl 22, der die Beschleunigungsdüse 19 verläßt, ausbrennt. Dieser Flamm­ strahl 22 erreicht unter den angegebenen Bedingungen eine Geschwindigkeit von ca. 100 m/s, die wichtig ist, um den nach­ geschalteten Feuerraum sauber zuhalten.

b) Emissionen

Mit den angegebenen Abmessungen und Betriebsdaten ergeben sich Abgasemissionen, die deutlich unterhalb der von der TA-Luft vorgeschriebenen Grenzwerte liegen.

Fig. 2 zeigt einen Kessel, der zu Ausführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens in besonderer Weise geeignet ist und der im vorliegenden Fall ein Warmwasserkessel ist.

Der Kesselkörper 30 hat einen Durchmesser D4 und eine Länge L4 und enthält ein Flammrohr 31 vom Durchmesser D5 sowie einen Eintritt 32 für kaltes Rücklaufwasser und je einen Austritt 33 und 34 für erwärmtes Vorlaufwasser. Auf diese Weise wird die Wasserkühlung der in Fig. 1 dargestellten Brennermuffel sicher­ gestellt. Die Brennermuffel ist im Bereich der Stirnseite des Flammrohrs 31 angeordnet und bläst ihren Flammstrahl 20 schräg abwärts in Richtung auf das untere Ende des Flammrohres 31, wo im unteren Bereich Eintritte 36 eines ersten Rohrzugs 37 ange­ ordnet sind.

Unterhalb des Brenners 3 ist mindestens eine Blasdüse 35 ange­ ordnet, durch die bis zu 15% des Brennluftdurchsatzes in das Flammrohr 31 eingeblasen werden können, um die Verbrennung zu unterstützen, sowie um Ascheablagerungen fortzublasen. Die Blasdüsen 35 können kombiniert werden mit Einblasvorrichtungen 38 für Druckluft oder Dampf, falls Verunreinigungen im Kohlen­ staub zur Ablagerung im Flammrohr 31 führen.

Mit den zuvor erläuterten Maßnahmen gelingt es, das Flammrohr 31 stets sauberzuhalten, was ein Vorteil für das erfindungsge­ mäße Verfahren ist, da auf diese Weise kontrollierbare Tempera­ turverhältnisse herrschen. Ablagerungen von Asche oder Flamm­ rohr würden nämlich den Wärmeübergang behindern und die Tempe­ raturen verändern.

Die Verbrennungsabgase werden am dem Brenner 3 gegenüberliegen­ den, hinteren Ende des Flammrohrs 31 abzogen und in bekannter Weise z. B. in Rohrzügen 36 und 37 abgekühlt und schließlich einer Abgasleitung 38 zugeführt, die die Verbrennungsabgase zusammen mit dem darin enthaltenen Staub in bekannter Weise einer Entstaubung zuführt, z. B. einem Gewebefilter.

Am hinteren Ende des Flammrohrs 31 ist koaxial eine Wasserzer­ stäubungslanze 39 angeordnet, die Wasser 40 in bekannter Weise zu einem Tropfennebel 41 versprüht. Als besonders günstig hat sich die zentrale Eindüsung gegen die Hauptströmungsrichtung der Flammgase ergeben. Anstatt Wasser kann auch Wasserdampf eingeblasen werden, was zwar teurer ist, aber den Vorteil mit­ sichbringt, daß der Wasserdampf in den Strömungsweg der staub­ haltigen Verbrennungsabgase unmittelbar am Austritt des Flamm­ rohrs erlaubt. Hierzu könnte der Austritt der Brennermuffel mit einem Düsenrohrring umgeben sein, durch den der Wasserdampf an den Flammstrahl 22 geblasen wird. Allerdings ergibt die Ein­ düsung von Wassertropfen nach Fig. 2 und die anschließende gemeinsame Abkühlung von Verbrennungsabgasen, Staub und Wasser­ dampf die besser SO₂-Einbindung in die Asche.

Die gesamte, in Fig. 2 dargestellte Anordnung mit Brenner, Flammrohr, Rohrzügen und Abgasrohr ist selbstreinigend und hält sich im Betrieb vollständig sauber. Dieses ist für das erfin­ dungsgemäße Verfahren von großem Vorteil, da sich auf diese Weise die gesamte Asche im Abgas befindet und von reproduzier­ barer Beschaffenheit ist.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung ist mit gleicher Lei­ stung und fast gleichem Wirkungsgrad auch für die Verfeuerung anderer staubförmiger Brennstoffe, wie Steinkohle, Holzstaub, usw. geeignet, und ebenso auch für die Verbrennung von flüssi­ gen und gasförmigen Brennstoffen.

Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Ent­ schwefelung der Abgase beispielsweise flüssiger Brennstoffe sind in bekannter Weise Absorbentien in die Brennermuffel ein­ zublasen, beispielsweise Kalksteinmehl, wobei sich deren Menge und Aufbereitung nach den bekannten einschlägigen Regeln der Technik richtet.

Eine bemerkenswerte Eigenschaft der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung, insbesondere der Brennermuffel und des Flammrohres ist, daß die Strömungsverhältnisse darin von der Reynolds-Zahl in erster Näherung unabhängig sind. Dies bedeutet, daß für eine andere als die zum obigen Beispiel angegebene Feuerungsleistung die Abmessungen von Muffel und Flammrohr mit der Wurzel aus dem Leistungsverhältnis vom angegebenen Beispiel ausgehend umzu­ rechnen sind. Dabei ist zu berücksichtigen, daß Brennersysteme nach Fig. 1 keine obere Leistungsgrenze haben; diese ist viel­ mehr durch die Aufbereitung und Reaktionswilligkeit des jewei­ ligen Brennstoffs vorgegeben. Mit steigender Leistung können daher in bekannter Weise höhere Flammgeschwindigkeiten gewählt werden, wodurch bei Umrechnung auf höhere Leistung die Apparate etwas kleiner werden, als es der vorgenannten Umrechnungsregel mit der Wurzel aus dem Leistungsverhältnis entspricht. Diese Berücksichtigung entspricht dem Stand der Technik.

Wenn die in Fig. 2 beschriebene Vorrichtung zugleich auch die anderen Grenzwerte der TA-Luft, insbesondere hinsichtlich der NO_x- und CO-Anteile erfüllen soll, ist es vorteilhaft, für den Durchmesser D5 des Flammrohrs 31 sowie für seine Länge L5 fol­ gende Werte zu wählen:
D5 = 1300 mm
L5 = 5200 mm.

Claims (19)

1. Verfahren zur trockenen Teilentschwefelung von SO₂ und Flug­ asche enthaltenden Abgasen der Verbrennung von fluiden asche­ haltigen Brennstoffen, insbesondere Kohlenstaub, mit folgenden Merkmalen:

• a) Verbrennung des Brennstoffs in der Flamme wenigstens eines Brenners, wobei die unbrennbaren, staubförmigen Aschekomponenten aufgeheizt werden,
• b) Erhitzung der staubförmigen Aschekomponenten während des Ver­ brennungsvorgangs auf wenigstens ihre Zersetzungstemperatur, jedoch auf nicht mehr als 1100°C,
• c) Ausführung dieser Erhitzung in weniger als 0,6 s,
• d) Eindüsung von zerstäubtem Wasser in die heißen Verbrennungs­ abgase an einer Stelle, an der die Temperatur der Verbrennungs­ abgase für eine vollständige Verdampfung des eingedüsten Wassers sicher ausreicht,
• e) gemeinsame Abkühlung von Verbrennungsabgasen, darin enthal­ tenen Aschekomponenten und des Wasseranteils in bekannter Weise.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung in weniger als 0,3 s ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zerstäubte Wasser in einen von dem Brenner befeuerten Feuer­ raum eingedüst wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zerstäubte Wasser im Bereich eines abströmseitigen Endes des Feuerraums vor dem Eintritt der Abgase in einen Konvektionsteil eines Kessels eingedüst wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennstoff alkalische Absorbentien in staubförmigem Zustand zugesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Flamme alkalische Absorbentien in staubför­ migem Zustand zugesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorbentien Ca(OH₂) und/oder Ca(CO₃) sind.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung und die dadurch bewirkte Aufheizung der Teilchen der Verbrennungsasche und der gegebe­ nenfalls zugesetzten Absorbentien in einer Brennermuffel erfolgt, die einen wärmeaufnehmenden Raum, insbesondere den Strahlungsraum eines Kessels, befeuert.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsabgase durch den Feuerungsraum und die Züge eines Kessels geleitet werden und dabei abgekühlt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserdampf anstelle von Wasser eingedüst wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf den staubhaltigen Verbrennungsabgasen auf ihrem der Abkühlung unterworfenen Strömungsweg beigemischt wird.

12. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, enthaltend eine divergente Brennermuffel (17) mit einer sich daran anschließen­ den konvergenten Flammbeschleunigungsdüse (19), wobei vor der Brennermuffel (17) eine Wirbelkammer (11) zur Erzeugung einer spiralförmig wirbelnden Verbrennungsluftströmung angeordnet ist, mit folgenden Abmessungen bezogen auf eine Feuerungsleistung von 3,9 MW:
Eintrittsdurchmesser D1 am Ausgang der Wirbelkammer (11) und Eintritt in die divergente Brennermuffel (17):
D1 = 338 mm
Austrittsdurchmesser D2 am anderen Ende der divergenten Brenner­ muffel (17) und Eintritt in die Flammbeschleunigungsdüse (18):
D2 = 700 mm
Austrittsdurchmesser D3 der Flammbeschleunigungsdüse (19):
D3 = 350 mm
Axiale Länge L1 der Wirbelkammer (11):
L1 = 197 mm
Axiale Länge L2 der divergenten Brennermuffel (17):
L2 = 1470 mm
Spiralwinkel der Brennluft beim Verlassen der Wirbelkammer (11) gegen die Umfangsrichtung der Brennermuffel (17):
6-12°, bevorzugt zwischen 8-10°, wobei Leitschaufeln (13) in der Wirbelkammer (11) nach Art einer logarithmischen Spirale geformt sind,
und daß sich an den Brenner (3) ein Flammrohr (31) mit folgenden Abmessungen anschließt:
Hydraulischer Durchmesser D5 des Flammrohrs (31):
D5 = 1300 mm
Länge L5 des Flammrohrs (31):
L5 = 5200 mm
und daß sich im Bereich des dem Brenner (3) abgewandten Ende des Flammrohres (31) eine Wassereinblaslanze (39) befindet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprührichtung der Wassereinblaslanze (39) zentral gegen die Hauptströmungsrichtung der aus dem Brenner (3) austretenden Flammgase gerichtet ist.

14. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, enthaltend eine divergente Brennermuffel (17) mit einer sich daran anschlie­ ßenden konvergenten Flammbeschleunigungsdüse (19), wobei vor der Brennermuffel eine Wirbelkammer zur Erzeugung einer spiral­ förmig wirbelnden Verbrennungsluftströmung angeordnet ist, mit folgenden Abmessungen bezogen auf eine Feuerungsleistung von 3,9 MW:
Eintrittsdurchmesser D1 am Ausgang der Wirbelkammer (11) und Eintritt in die divergente Brennermuffel (17):
D1 = 338 mm
Austrittsdurchmesser D2 am anderen Ende der divergenten Brenner­ muffel (17) und Eintritt in die Flammbeschleunigungsdüse (18):
D2 = 700 mm
Austrittsdurchmesser D3 der Flammbeschleunigungsdüse (19):
D3 = 350 mm
Axiale Länge L1 der Wirbelkammer (11):
L1 = 197 mm
Axiale Länge L2 der divergenten Brennermuffel (17):
L2 = 1470 mm
Spiralwinkel der Brennluft beim Verlassen der Wirbelkammer (11) gegen die Umfangsrichtung der divergenten Brennermuffel (17):
6-12°, bevorzugt zwischen 8-10°, wobei Leitschaufeln (13) in der Wirbelkammer (11) nach Art einer logarithmischen Spirale geformt sind,
und daß sich an den Brenner (3) ein Flammrohr (31) mit folgenden Abmessungen anschließt:
Hydraulischer Durchmesser D5 des Flammrohrs (31):
D5 = 1300 mm
Länge L5 des Flammrohrs (31):
L5 = 5200 mm.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei anderen Feuerungsleistungen als 3,9 MW die angegebenen Abmessungen mit der Quadratwurzel aus dem Verhält­ nis der Feuerungsleistungen umgerechnet sind, wobei der Winkel der Leitschaufeln (13) in der Wirbelkammer (11) unverändert ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Brenners (3) an der Stirnseite des Flammrohres (31) wenigstens eine Öffnung (38) vorhanden ist, deren Ausblasquerschnitt so bemessen ist, daß durch denselben bis zu 15% der Verbrennungsluft in das Flammrohr (31) eingebla­ sen werden können, um abgelagerte Ascheteilchen vom Boden des Flammrohrs (31) wegzublasen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an der Stirnwand des Flammrohres (31) unter­ halb des Brenners (3) Einblasevorrichtungen (38) angebracht sind zur Einblasung von Dampf oder Druckluft in den unteren Bereich des Flammrohres (31).

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich Abgasaustritte (42) aus dem Flammrohr (31) an dem dem Brenner (3) gegenüberliegenden Ende des Flamm­ rohres (31) befinden.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Wassereinblasedüsen ringförmig um die Mündung (D3) der Brennermuffel (3) angeordnet sind.