DE69316554T2 - Verfahren zur Reduzierung von Schadstoffemissionen bei Verbrennungsvorrichtungen mit zirkulierendem Wirbelbett - Google Patents
Verfahren zur Reduzierung von Schadstoffemissionen bei Verbrennungsvorrichtungen mit zirkulierendem WirbelbettInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Schadstoffemissionen bei Verbrennungsanlagen mit zirkulierender Wirbelschicht.
- Sie betrifft genauer ein Verfahren zur Reduzierung der Emission von Schwefeloxiden in einer Verbrennungsanlage mit zirkulierender Wirbelschicht, die einen Brennraum aufweist, in den ein Entschwefelungsmittel eingeführt wird und dessen zirkulierende Feststoffteilchen von einem Zyklon abgefangen werden, wobei die aus diesem Zyklon austretenden, teilweise entstaubten Gase in einen Wärmerückgewinnungskessel und dann in einen Staubabscheider übergehen, in dem die Asche aufgefangen wird.
- Es ist bekannt, daß die Verbrennung in einer zirkulierenden Wirbelschicht unter Bedingungen stattfindet, die für die Reduzierung der Emission von Stickoxiden (Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid) und von Schwefeloxiden (Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid) recht günstig sind. Die Verbrennungstemperatur, die etwa 850ºC beträgt, und die Abstufung der Luftzufuhr bewirken eine geringe Erzeugung von Stickoxiden, die im allgemeinen unter 200 mg/Nm³ liegt bezogen auf trockenen Rauch, der 6% Restsauerstoff enthält.
- Die Abscheidung von Schwefeloxiden erfolgt derzeit mit Hilfe eines festen Entschwefelungsmittels wie z.B. Kalk, der in den Verbrennungsraum eingeführt wird. Diese Abscheidung kann etwa 95% betragen aufgrund des starken Aufwirbelns der Feststoffteilchen durch die innere und äußere Rückführung und aufgrund der Verbrennungstemperatur von etwa 850ºC. Jede Verbesserung der Entschwefelung durch Erhöhung des Einsatzes an Entschwefelungsmittel würde aber zu einer wesentlichen Erhöhung der Emissionen von Stickoxiden führen aufgrund der katalytischen Wirkung des Entschwefelungsmittels bei der Umwandlung von Stickstoff in Stickoxide. Das bekannte Verfahren ist also nicht wirksam genug, wenn man seine Wirksamkeit verbessern will, z.B. bei einer Verschärfung der Vorschriften.
- Aufgrund der niedrigen Verbrennungstemperatur erzeugt außerdem die zirkulierende Wirbelschicht Emissionen von Stickstoff-Monoxid. Wenn man diese Temperatur erhöht, um die Emissionen von Stickstoff-Monoxid zu verringern, verringert sich im Gegenzug die Wirksamkeit der Entschwefelung.
- Wenn man schließlich einen Überschuß an Entschwefelungsmittel in den Brennraum einführt, um eine hohe Ent schwefelungswirksamkeit zu erhalten, erzeugt die zirkulierende Wirbelschicht große Mengen an Restfeststoffen.
- Die Erfindung löst diese Probleme, indem sie ein Verfahren zur Verringerung der Emissionen von Schwefeloxiden vorschlägt, das eine Erhöhung der Entschwefelungswirksamkeit ermöglicht und gleichzeitig die notwendige Menge an Entschwefelungsmittel und somit der daraus entstehenden Feststoffreste verringert, ohne zugleich die Emission von Stickoxiden durch katalytische Wirkung zu erhöhen, wobei zugleich die Wirbelschicht bei einer höheren Temperatur betrieben werden kann, um die Emissionen von Stickstoff-Monoxid zu verringern.
- Das japanische Patent Nº 60-71025 vom 23. September 1983 beschreibt ein Verfahren zur Entschwefelung von Rauch in einem Brennraum mit einer dichten Wirbelschicht, wobei zuerst der Rauch mit Wasser besprüht wird, um die Gase anzufeuchten, wobei das Schwefeldioxid der Gase mit einem Entschwefelungsmittel reagiert, das in den Gasen enthalten ist, und dann das Entschwefelungsmittel und die Entschwefelungsprodukte durch Einführung der Gase in einen Staubabscheider wiedergewonnen werden.
- Die Erfindung verbessert dieses Verfahren, indem sie es an eine zirkulierende Wirbelschicht anpaßt und außerdem die Oxidation der in den Entschwefelungsprodukten enthaltenen Sulfiten herbeiführt. Hierzu
- - wird hinter dem Wärmerückgewinnungskessel und vor dem Staubabscheider der Rauch in einem mit einer Wasserzufuhr versehenen Reaktionsraum auf halb-feuchte Weise entschwefelt, und
- - werden hinter dem Staubscheider die erhaltenen Entschwefelungsprodukte thermisch oxidiert, wobei die Entschwefelungsprodukte durch Mischung in einem Reaktor mit aus dem Brennraum der Wirbelschicht entzogenen Feststoffen oxidiert werden, wobei der Reaktor ein Aschenkühler ist, der in bekannter Weise im unteren Teil des Brennraums angeordnet ist.
- Falls nötig, wird komplementär Entschwefelungsmittel dem Reaktionsraum oder vor dem Reaktionsraum zugeführt, und das komplementäre Entschwefelungsmittel ist vorzugsweise Kalk.
- Dieser Kalk kann pulverförmig oder als Kalkmilch vorliegen, deren Temperatur man ggf. kontrollieren kann.
- Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Reduzierung der Emissionen von Stickstoff-Monoxid, das darin besteht, die Temperatur im Brennraum zu erhöhen und das oben beschriebene Verfahren anzuwenden, und eine Anlage für die Anwendung des Verfahrens.
- Schließlich betrifft die Erfindung eine Anlage mit einer zirkulierenden Wirbelschicht für die Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung dargestellt, die nur eine bevorzugte Ausführungsform zeigt.
- Die einzige Figur zeigt schematisch eine Anlage zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- Ein mit Brennstoff versorgter Brennraum 1 mit einer zirkulierenden Wirbelschicht ist in seinem oberen Bereich mit einem Zyklon 12 verbunden. Von der Basis des Zyklons werden die Feststoffe in den Brennraum zurückgeführt. Die aus dem Zyklon austretenden teilweise entstaubten Gase strömen in einen Wärmerückgewinnungskessel 3. Um die Emis sionen von Schwefeloxiden zu behandeln, wird ein Entschwefelungsmittel, vorzugsweise Kalk, in 2 in den Brennraum 1 eingespeist.
- Dieses bekannte Entschwefelungsverfahren bildet den ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- Das erfindungsgemäße Verfahren enthält die folgenden zusätzlichen Schritte:
- - Hinter dem Wärmerückgewinnungskessel 3 wird der Rauch auf halb-feuchte Weise in einem Reaktionsraum 4 entschwefelt, der mit einer Wasserzufuhr 5 und ggf. mit einer komplementären Zufuhr von Entschwefelungsmittel 6 versehen ist, z.B. Kalk.
- - Hinter dem Reaktionsraum werden die Entschwefelungsprodukte an der Basis eines Staubabscheiders 7 aufgefangen, vorzugsweise vom Trichter- oder elektrostatischen Typ.
- - Hinter dem Staubabscheider 7 werden die Entschwefelungsprodukte thermisch oxidiert.
- Genauer gesagt, werden die Entschwefelungsprodukte durch Mischung in einem Reaktor 9 mit zirkulierenden Feststoffen oxidiert, die über eine Leitung 10 aus dem Brennraum 1 entnommen werden, vorzugsweise dem Aschenkühler, der in bekannter Weise im unteren Bereich des Brennraums 1 installiert ist.
- Der Rauch, der in den Reaktionsraum 4 eindringt, ist mit Flugasche beladen und insbesondere mit überschüssigem Kalk, der im Brennraum 1 nicht reagiert hat. Die Wasserzufuhr in den Reaktionsraum 4 senkt die Temperatur des Rauchs bis in die Nähe der Sättigungstemperatur und erzeugt eine Reaktivierung des Kalks, was in erheblichem Maß die Entschwefelung gemäß den vereinfachten folgenden Reaktionen ergänzt:
- CaO + H&sub2;O T Ca(OH)&sub2;
- Ca(OH)&sub2; + SO&sub2; T CaSO&sub3; + H&sub2;O
- Ca(OH)&sub2; + SO&sub2; + 1/2 O&sub2; T CaSO&sub4; + H&sub2;O
- Die Emissionen der Halogenverbindungen wie HCl und HF werden ebenfalls sehr stark verringert gemäß den folgenden vereinfachten Reaktionen:
- Ca(HO)&sub2; + HCl T CaCl&sub2; + H&sub2;O
- Ca(HO)&sub2; + HF T CaF&sub2; + H&sub2;O.
- Wenn der in den Reaktionsraum 4 eindringende Rauch keine ausreichende Menge Kalk enthält, ist es möglich, bei 6 in den Reaktionsraum 4 oder vor diesem einen Zusatz an ungelöschtem oder gelöschtem Kalk CaO oder Ca(OH)&sub2; zuzuführen. Dieser Kalk kann pulverförmig oder in Form einer wässrigen Suspension vorliegen, die eingeführt werden kann, nachdem sie auf eine kontrollierte Temperatur gebracht wurde, um die physiko-chemischen Mechanismen zu verbessern.
- Die thermische Oxidation der bei 8 aufgefangenen Reststoffe ermöglicht es, das Kalziumsulfit in Kalziumsulfat umzuwandeln, um die Reststoffe zu veredeln oder sie leichter zu entladen. Um wirksam zu sein, muß diese Oxidation in einem oxidierenden Milieu bei einer Temperatur von vorzugsweise mehr als 400ºC ablaufen. Vorteilhafterweise wird die notwendige Wärme erbracht, indem über die Leitung 10 Feststoffe aus dem Brennraum 1 entzogen werden.
- Die bei 8 aufgefangenen Reststoffe, die eine Temperatur von 50 bis 80ºC aufweisen, werden also im Reaktor 9 mit auf einer Temperatur von etwa 850ºC liegenden Feststoffen vermischt, die bei 10 aus dem Brennraum entnommen werden. Der Durchsatz von bei 10 entnommenen Feststoffen wird so geregelt, daß die für die Oxidation notwendige Temperatur erreicht wird. Um einen korrekten Betrieb der Wirbelschicht aufrechtzuerhalten, wird eine Rückspeisung 11 von Feststoffen aus dem Reaktor 9 zum Brennraum 1 vorgenommen.
- Dieser Reaktor 9 kann sehr unterschiedlich aufgebaut sein, je nach der Korngrößen-Verteilung zwischen den verschiedenen Feststoffen, die eingeführt werden. Der Reaktor 9 ist vorzugsweise der Aschenkühler, der üblicherweise im unteren Bereich des Brennraums 1 angeordnet ist, um die Asche aus dem Brennraum zu entfernen und so den Bestand an Feststoffen im Brennraum 1 konstant zu halten.
- Dieses Verfahren ermöglicht es, die Menge an Entschwefelungsmittel und somit an festen Reststoffen zu verringern, so daß das Entschwefelungsmittel auf optimale Weise genutzt wird, was bei strengen Vorschriften erforderlich sein kann.
- Man kann den globalen Entschwefelung-Wirkungsgrad auf mehr als 95% erhöhen, ohne den Einsatz an Entschwefelungs mittel in der Wirbelschicht allzu stark zu erhöhen und somit ohne die Emission von Stickoxiden durch katalytische Wirkung zu erhöhen, was bei sehr strengen Vorschriften notwendig sein kann.
- Wenn man die Emissionen von Stickstoff-Monoxid verringern will, kann man bei dem Verfahren die Wirbelschicht bei einer Temperatur betreiben, die höher ist als normal. Die sich im Brennraum 1 mit Wirbelschicht ergebende geringere Wirksamkeit der Entschwefelung wird dann durch die Entschwefelung kompensiert, die im Reaktionsraum 4 mit Wasserzufuhr erfolgt.
Claims (8)
1. Verfahren zur Reduzierung der Emission von Schwefeloxiden
in einer Verbrennungsanlage mit zirkulierender
Wirbelschicht, die einen Brennraum (1) aufweist, dessen
Staubteilchen zumindest teilweise von einem Zyklon (12) abgefangen
werden, wobei die aus diesem Zyklon (12) austretenden
teilweise entstaubten Gase durch einen Wärmerückgewinnungskessel
(3) und dann einen Staubabscheider (7) strömen, und gemäß
dem ein Entschwefelungsmittel in den Brennraum (1)
eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- hinter dem Wärmerückgewinnungskessel (3) und vor
dem Staubabscheider (7) der Rauch in einem mit einer
Wasserzufuhr (5) versehenen Reaktionsraum (4) auf halb-feuchte
Weise entschwefelt wird, und
- hinter dem Staubabscheider (7) die erhaltenen
Entschwefelungsprodukte thermisch oxidiert werden, wobei die
Entschwefelungsprodukte durch Mischung mit in einem Reaktor
(9) aus dem Brennraum (1) der Wirbelschicht entzogenen
Feststoffen oxidiert werden und der Reaktor (9) ein
Aschenkühler ist, der im unteren Teil des Brennraums (1)
angeordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine komplementäre Einspeisung eines Entschwefelungsmittels
in den Reaktionsraum (4) vorgesehen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine komplementäre Einspeisung eines Entschwefelungsmittels
vor dem Reaktionsraum (4) vorgesehen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das komplementäre Entschwefelungsmittel pulverförmig
eingeführter Kalk ist.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das komplementäre Entschwefelungsmittel Kalkmilch ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kalkmilch eingespeist wird, nachdem sie auf eine
kontrollierte Temperatur gebracht wurde.
7. Verfahren zur Reduzierung der Emissionen von Stickstoff-
Monoxid, das darin besteht, die Temperatur im Brennraum (1)
im Vergleich zur normalen Betriebstemperatur zu erhöhen und
das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 anzuwenden.
8. Verbrennungsanlage mit zirkulierender Wirbelschicht für
die Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, die einen
Brennraum (1), dessen Staubteilchen zumindest teilweise von
einem Zyklon (12) abgefangen werden, einen
Wärmerückgewinnungskessel (3), durch den die aus diesem Zyklon (12)
austretenden, teilweise entstaubten Gase strömen, und einen
Staubabscheider (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
sie hinter dem Wärmerückgewinnungskessel (3) und vor dem
Staubabscheider (7) einen Reaktionsraum (4), der mit einer
Wasserzufuhr (5) versehen ist, und hinter dem
Staubabscheider (7) eine Vorrichtung zur thermischen Oxidation (9) der
erhaltenen Entschwefelungsprodukte aufweist, wobei die
Vorrichtung (9) zur thermischen Oxidation ein Aschenkühler
ist, der im unteren Bereich des Brennraums (1) angeordnet
ist, wo die Entschwefelungsprodukte mit zirkulierenden
Feststoffteilchen vermischt werden, die aus dem Brennraum
(1) entnommen wurden.
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