WO1985005564A1 - Process for conditioning fumes from the combustion of low-sulphur fuels - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
- the aim is to reduce the environmental impact by using low-sulfur fuels in order to reduce the sulfur dioxide emission to reduce.
- the electrostatic precipitators used for dust separation are no longer sufficient, because their efficiency is considerably reduced by the poor electrical properties of the fly dust when burning low-sulfur fuels and, in addition, a much greater amount of fly dust is produced.
- the filter systems would therefore have to be enlarged at great expense or special, complex gas washing systems are required.
- the required sulfur trioxide has so far been obtained catalytically from liquid sulfur dioxide (SO 2 ) by evaporation and heating to 450 ° C - 550 ° C, or molten elemental sulfur is burned, which is also catalytically oxidized to sulfur trioxide. Both methods are extremely cumbersome, complex, expensive and can only be carried out with a great deal of equipment and additional energy expenditure.
- the raw materials used as conditioning agents for flue gases are also at least problematic because of their handling and chemical properties.
- the calcium sulfates or compounds containing calcium sulfate used according to the invention are available on a large scale and very inexpensively. They can either be introduced directly into the combustion chamber or at a point in the flue gas stream at which the prevailing temperatures are sufficient for thermal decomposition of the calcium sulfates.
- the component which is not effective for the flue gas conditioning according to the invention namely the calcium oxide, is hardly volatile and consequently does not pollute the flue gases.
- the quantities of effective conditioning Calcium oxide can also be incorporated into this product without impairing the product quality of a firing process, for example cement firing.
- gypsum in the fired, finely ground state is preferably used as the conditioning agent.
- This ⁇ fine grain offers the advantage of rapid heating of the individual calcium sulfate particle to the temperatures of approximately 700 ° C. required for the decomposition into calcium oxide and sulfur trioxide. In this way, the amount of sulfur trioxide required for flue gas conditioning is available in the shortest possible time.
- the thermal decomposition of the calcium sulfate can be carried out both in the combustion chamber of the incineration or combustion plant and in a combustion chamber separate therefrom outside the former. It is advantageous here if the conditioning agent is introduced into the respective combustion chamber together with the fuel used.
- sulfur trioxide is obtained in the gaseous state, which is mixed with the flue gases to be treated before the electrostatic precipitator.
- Connection residues such as calcium oxide accumulate in dust form and can be separated in the electrostatic filter.
- the conditioning agent can also be applied together with the substances to be thermally treated in a combustion plant. This is the case, for example, with cement or lime burning.
- FGD gypsum that arises during the desulphurization of flue gases in power plants, at least a part of it as a conditioning agent.
- the total amounts of calcium sulfate to be used are extremely small. With natural gas firing of a gypsum grinding plant, for example, less than 3.5kg / h hemihydrate in a flue gas flow of 52,000 Nm 3 / h are sufficient to reduce the dust emission from more than 1200 mg / Nm 3 to below 75mg / Nm 3 . There is no measurable increase in SO 2 / SO 3 emissions because the SO 3 is bound to the filter dust, which is collected in the filter. Another important advantage is that to decompose the small amounts of calcium sulfates or compounds containing calcium sulfate, only small amounts of energy are required, which can be easily removed from the hot flue gas. If these temperatures are not sufficient, the decomposition can take place in an auxiliary combustion chamber, the smallest amounts of additional energy being sufficient.
Abstract
To improve the separating capacity of an electro-filter during the removal of dust from the fumes produced during the combustion of low-sulphur fuels, the fumes are conditioned by the use of calcium sulphates or calcium-sulphate containing compounds in a solid form, in particular calcined gypsum in a finely-ground state. These conditioning agents can be introduced together with the fuel into the combustion chamber, and SO3 gases and poorly volatile calcium oxides are formed as a result of thermal separation. Whereas the former compounds help to lower the electrical resistance of the dust particles and thus improve the separating capacity of this electrofilter, the latter are combined in a product of the relevant combustion process without any adverse secondary effects. A particular advantage is the fact that the conditioning agents proposed herein are available in large quantities at low prices, and that it is in no way necessary to take any preparation measures in order to use these substances as conditioning agents.
Description
Verfahren zur Konditionierung der aus der Verbrennung schwefelarmer Brennstoffe resultierenden Rauchgase Process for conditioning the flue gases resulting from the combustion of low-sulfur fuels
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ausgehend von der Erkenntnis, daß die Emission an Schadstoffen abhängig ist vom Schwefelgehalt des jeweiligen Brennstoffes wird zur Verringerung von Umweltbelastungen angestrebt, möglichst schwefelarme Brennstoffe zu verwenden, um auf diese Weise die Schwefeldioxidemission zu verringern. Dies hat aber zur Folge, daß die für die Staubabscheidung verwendeten Elektrofilter nicht mehr ausreichen, weil deren Wirkungsgrad durch die schlechten elektrischen Eigenschaften des Flugstaubes bei Verbrennung schwefelarmer Brennstoffe erheblich reduziert ist und außerdem eine wesentlich' größere Menge an Flugstaub anfällt. Die Filteranlagen müßten deshalb mit hohem Kostenaufwand vergrößert werden oder es sind besondere, aufwendige Gaswaschanlagen erforderlich.
Um den spezifischen elektrischen Widerstand der bei Verbrennung schwefelarmer Brennstoffe anfallenden Flugasche herabzusetzen, wurde bereits vorgeschlagen, in das Rauchgas vor dem Elektrofilter genau dosierte Mengen von Schwefeltrioxid (SO3) einzudüsen, welches den elektrischen Widerstand der Flugasche herabsetzt und auf diese Weise die Abscheideleistung des Elektrofilters verbessert.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1. On the basis of the knowledge that the emission of pollutants depends on the sulfur content of the respective fuel, the aim is to reduce the environmental impact by using low-sulfur fuels in order to reduce the sulfur dioxide emission to reduce. However, this has the consequence that the electrostatic precipitators used for dust separation are no longer sufficient, because their efficiency is considerably reduced by the poor electrical properties of the fly dust when burning low-sulfur fuels and, in addition, a much greater amount of fly dust is produced. The filter systems would therefore have to be enlarged at great expense or special, complex gas washing systems are required. In order to reduce the specific electrical resistance of the fly ash generated when burning low-sulfur fuels, it has already been proposed to inject precisely metered amounts of sulfur trioxide (SO 3 ) into the flue gas in front of the electrostatic precipitator, which reduces the electrical resistance of the fly ash and in this way the separation efficiency of the electrostatic filter improved.
Die Gewinnung des erforderlichen Schwefeltrioxids erfolgt bisher katalytisch aus flüssigem Schwefeldioxid (SO2) durch Verdampfen und Aufheizen auf 450°C - 550°C oder man verbrennt geschmolzenen Elementarschwefel, der ebenfalls katalytisch zu Schwefeltrioxid oxidiert wird. Beide Verfahren sind außerordentlich umständlich, aufwendig, teuer und nur mit großem apparativen Aufwand und zusätzlichem Energieaufwand durchführbar. Die eingesetzten Ausgangsstoffe als Mittel zur Konditionierung von Rauchgasen sind wegen ihrer Handhabung und chemischen Eigenschaften außerdem zumindest problematisch.The required sulfur trioxide has so far been obtained catalytically from liquid sulfur dioxide (SO 2 ) by evaporation and heating to 450 ° C - 550 ° C, or molten elemental sulfur is burned, which is also catalytically oxidized to sulfur trioxide. Both methods are extremely cumbersome, complex, expensive and can only be carried out with a great deal of equipment and additional energy expenditure. The raw materials used as conditioning agents for flue gases are also at least problematic because of their handling and chemical properties.
Aus "SODIUM CONDITIONING TESTS TO COMBAT THE TIME DEPENDENT PERFORMANCE DEGRADATION IN HOT SIDE ESP" von Grady B. Nichols (SEIDENKI GAKKAISHI, 6 (1), Seiten 48 bis 52, 1982) ist ein Verfahren bekannt, bei welchem zur Verbesserung der Abscheideleistung von Elektrofiltern durch Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der in den Rauchgasen anfallenden Flugasche der Brennkammer eines Kraftwerkes zusammen mit dem eingesetzten Brennstoff, hier Kohle, Natriumsulfat zugeführt wird. Als wirksame Komponente wird bei dieser Verbindung das Natrium angesehen. Von Vorteil gegenüber den eingangs beschriebenen Verfahren, bei denen als Konditionierungsmittel Schwefeldioxid oder Elementarschwefel eingesetzt werden, ist, daß das Natriumsulfat unmittelbar der Brennkammer zugeführt werden kann und nicht vorab mit Hinblick auf seine
Eignung als Konditionierungsmittel aufbereitet werden muß.From "SODIUM CONDITIONING TESTS TO COMBAT THE TIME DEPENDENT PERFORMANCE DEGRADATION IN HOT SIDE ESP" by Grady B. Nichols (SEIDENKI GAKKAISHI, 6 (1), pages 48 to 52, 1982) a method is known in which to improve the separation performance of Electrofilters by increasing the electrical conductivity of the fly ash accumulating in the flue gases is fed to the combustion chamber of a power plant together with the fuel used, here coal, sodium sulfate. Sodium is regarded as the active component in this compound. An advantage over the processes described in the introduction, in which sulfur dioxide or elemental sulfur are used as conditioning agents, is that the sodium sulfate can be fed directly to the combustion chamber and not in advance with regard to its Suitability as a conditioning agent must be prepared.
Es ist darüber hinaus aus "THE USE OF FLUE GAS CONDITIONING TO REDUCE FLY ASH EMISSION FROM GLADSTONE POWER STATION" von J.A. Abbott (Second CSIRO Conference on Electrostatic Precipitation, August 19S3) bekannt, Konditionierungsmittel auf der Basis von Ammoniak einzusetzen, welches im flüssigen Zustand angeliefert wird und zum Einführen in den Rauchgasström verdampft und mit Luft durchmischt wird. Die Handhabung dieses Konditionierungsmittels ist verhältnismäßig aufwendig und erfordert entsprechende Zusatzeinrichtungen.It is also part of "THE USE OF FLUE GAS CONDITIONING TO REDUCE FLY ASH EMISSION FROM GLADSTONE POWER STATION" by J.A. Abbott (Second CSIRO Conference on Electrostatic Precipitation, August 19S3) known to use conditioning agents based on ammonia, which is supplied in the liquid state and evaporated for introduction into the flue gas stream and mixed with air. The handling of this conditioning agent is relatively complex and requires corresponding additional devices.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Konditionierung von Rauchgasen von Verbrennungs- oder Brennanlagen aller Art zu konzipieren, bei welchem Schwefeltrioxid als wirksame Komponente zum Einsatz kommt, bei welchem unter Vermeidung von dem Stand der Technik anhaftenden Nachteilenals Konditionierungsmittel ein Ausgangsstoff verwendet wird,der einfach und unproblematisch bzw.ungefährlich handhabbar ist und zwar ohne apparativ oder energetisch aufwendige Zusatzeinrichtungen erforderlich zu machen. Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 gelöst.It is the object of the invention to design a process for the conditioning of flue gases from combustion or combustion plants of all kinds, in which sulfur trioxide is used as an effective component, in which a starting material is used as a conditioning agent while avoiding the disadvantages inherent in the prior art, which is easy and unproblematic to handle and does not require any additional equipment or equipment. This object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Calciumsulfate bzw. calciumsulfathaltigen Verbindungen stehen in großem Umfang und sehr preiswert zur Verfügung. Sie können entweder direkt in den Verbrennungsraum oder an einer Stelle in den Rauchgasstrom eingeführt werden, an welcher die herrschenden Temperaturen für eine thermische Zersetzung der Calciumsulfate ausreichend sind. Die für die erfindungsgemäße Rauchgaskonditionierung nicht wirksame Komponente, nämlich das Calciumoxid ist schwer flüchtig und belastet demzufolge die Rauchgase nicht. Die bei einer wirkungsvollenKonditionierung anfallenden Mengen an
Calciumoxid können außerdem ohne Beeinträchtigung der Produktqualität eines Brennprozeßes, beispielsweise des Zementbrennens in dieses Produkt eingebunden werden. Die Verwendung von Sulfaten anderer Alkalimetalle wie z.B. Natrium oder Kalium kann aufgrund deren niedriger Verdampfungstemperatur insoweit zu Störungen des Betriebes der Verbrennungs- oder Brennanlage führen, als diese Elemente im Verhältnis zu Calcium leichter flüchtig sind, aus diesem Grunde zunächst verdampfen, jedoch an kühleren Stellen der Rauchgasleitungen erneut kondensieren und hier Anbackungen bilden. Diese Nachteile entfallen bei der Verwendung von Calciumsulfaten als Konditionierungsmittel.The calcium sulfates or compounds containing calcium sulfate used according to the invention are available on a large scale and very inexpensively. They can either be introduced directly into the combustion chamber or at a point in the flue gas stream at which the prevailing temperatures are sufficient for thermal decomposition of the calcium sulfates. The component which is not effective for the flue gas conditioning according to the invention, namely the calcium oxide, is hardly volatile and consequently does not pollute the flue gases. The quantities of effective conditioning Calcium oxide can also be incorporated into this product without impairing the product quality of a firing process, for example cement firing. The use of sulfates of other alkali metals such as sodium or potassium can, due to their low evaporation temperature, lead to malfunctions in the operation of the incineration or combustion plant, insofar as these elements are more volatile in relation to calcium, for this reason they evaporate initially, but in cooler places Condense the flue gas lines again and form caking here. These disadvantages are eliminated when calcium sulfates are used as conditioning agents.
Gemäß Anspruch 2 wird als Konditionierungsmittel vorzugs- weise Gips in gebranntem fein gemahlenem Zustand verwendet. Diesδ Feinkörnigkeit bietet den Vorteil eines raschen Aufheizens des einzelnen Calciumsulfatpartikels auf die für den Zerfall in Calciumoxid und Schwefeltrioxid erforderlichen Temperaturen von ca. 700° C. Es steht auf diese Weise in kürzester Zeit die für die Rauchgaskonditionierung erforderliche Menge an Schwefeltrioxid zur Verfügung.According to claim 2, gypsum in the fired, finely ground state is preferably used as the conditioning agent. This δ fine grain offers the advantage of rapid heating of the individual calcium sulfate particle to the temperatures of approximately 700 ° C. required for the decomposition into calcium oxide and sulfur trioxide. In this way, the amount of sulfur trioxide required for flue gas conditioning is available in the shortest possible time.
Gemäß den Ansprüchen 3 und 4 kann die thermische Zersetzung des Calciumsulfats sowohl in der Brennkammer der Verbrennungs- oder Brennanlage als auch in einer hiervon getrennten Brennkammer außerhalb der erstgenannten durchgeführt werden. Von Vorteil ist es hierbei, wenn das Konditionierungsmittel jeweils zusammen mit dem eingesetzten Brennstoff in die jeweilige Brennkammer eingeführt wird. Bei der thermischen Zersetzung fällt Schwefeltrioxid in gasförmigem Zustand an, welches den zu behandelnden Rauchgasen vor dem Elektrofilter beigemischt wird. Die bei der thermischen Zersetzung ebenfalls anfallenden
Verbindungsreste wie Calciumoxid fallen staubförmig an und können in dem Elektrofilter abgeschieden werden.According to claims 3 and 4, the thermal decomposition of the calcium sulfate can be carried out both in the combustion chamber of the incineration or combustion plant and in a combustion chamber separate therefrom outside the former. It is advantageous here if the conditioning agent is introduced into the respective combustion chamber together with the fuel used. During thermal decomposition, sulfur trioxide is obtained in the gaseous state, which is mixed with the flue gases to be treated before the electrostatic precipitator. Those that also occur during thermal decomposition Connection residues such as calcium oxide accumulate in dust form and can be separated in the electrostatic filter.
Gemäß dem Anspruch 5 kann das Konditionierungsmittel auch gemeinsam mit den in einer Brennanlage thermisch zu behandelnden Stoffen aufgegeben werden. Dies ist beispielsweise beim Zement- oder Kalkbrennen der Fall.According to claim 5, the conditioning agent can also be applied together with the substances to be thermally treated in a combustion plant. This is the case, for example, with cement or lime burning.
Von besonderem Vorteil ist es, den bei der Entschwefelung von Rauchgasen in Kraftwerken anfallenden sogenannten REA-Gips, zumindest einen Teil davon als Konditionierungs- mittel zu verwenden.It is particularly advantageous to use the so-called FGD gypsum that arises during the desulphurization of flue gases in power plants, at least a part of it as a conditioning agent.
Die insgesamt einzusetzenden calciumsulfathaltigen Mengen sind außerordentlich gering. Bei einer Erdgasfeuerung einer Gips-Mahl-Brennanlage reichen z.B. weniger als3,5kg/h Halbhydrat in einem Rauchgasstrom von 52 000 Nm3/h aus, um die Staubemission von mehr als 1200 mg/Nm3 auf unter 75mg/Nm3 zu senken. Eine meßbare Erhöhung der SO2/SO3- Emission findet nicht statt, da das SO3 an den Filterstaub gebunden wird, welcher im Filter aufgefangen wird. Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, daß zur Zersetzung der geringen Mengen an calciumsulfaten bzw. calciimsulfathaltigen Verbindungen ebenfalls nur geringe Energiemengen erforderlich sind, die sich ohne weiteres dem heißen Rauchgas entnehmen lassen. Falls diese Temperaturen nicht ausreichen, kann die Zersetzung in einer Hilfsbrennkammer erfolgen, wobei geringste Zusatzenergiemengen ausreichend sind.
The total amounts of calcium sulfate to be used are extremely small. With natural gas firing of a gypsum grinding plant, for example, less than 3.5kg / h hemihydrate in a flue gas flow of 52,000 Nm 3 / h are sufficient to reduce the dust emission from more than 1200 mg / Nm 3 to below 75mg / Nm 3 . There is no measurable increase in SO 2 / SO 3 emissions because the SO 3 is bound to the filter dust, which is collected in the filter. Another important advantage is that to decompose the small amounts of calcium sulfates or compounds containing calcium sulfate, only small amounts of energy are required, which can be easily removed from the hot flue gas. If these temperatures are not sufficient, the decomposition can take place in an auxiliary combustion chamber, the smallest amounts of additional energy being sufficient.
Claims
1. Verfahren zur Konditionierung der aus der Verbrennung schwefelarmer Brennstoffe resultierenden Rauchgase von Verbrennungs- und Brennanlagen aller Art zum Zweck der Entstaubung des Rauchgaseε mittels eines Elektrofilters, wobei ein sulfathaltiges, thermisch zersetzbares Konditionierungsmittel verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als thermisch zersetzbares Konditionierungsmittel für das zu dem Elektrofilter geführte Rauchgas der Verbrennungs- oder Brennanlage1. A method for conditioning the flue gases resulting from the combustion of low-sulfur fuels from combustion and combustion plants of all kinds for the purpose of dedusting the flue gas by means of an electrostatic filter, wherein a sulfate-containing, thermally decomposable conditioning agent is used, characterized in that the thermally decomposable conditioning agent for the flue gas from the incineration or combustion system fed to the electrostatic filter
Calciumsulfate oder calciumsulfathaltige Verbindungen vorzugsweise in fester Form verwendet werden.Calcium sulfates or calcium sulfate-containing compounds are preferably used in solid form.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Konditionierungsmittel Gips oder Anhydrit, jeweils im rohen oder gebrannten, und gegebenenfalls jeweils im fein gemahlenen Zustand verwendet wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that gypsum or anhydrite is used as the conditioning agent, in each case in the raw or baked, and optionally in each case in the finely ground state.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Zersetzung des Konditionierungsmittels in einer gesonderten Brennkammer außerhalb der Brennkammer der Verbrennungs- oder Brennanlage stattfindet und daß abgespaltene SO3-Gase dem Rauchgas vor dem Elektrofilter zugemischt werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the thermal decomposition of the conditioning agent takes place in a separate combustion chamber outside the combustion chamber of the combustion or combustion system and that split off SO 3 gases are mixed with the flue gas upstream of the electrostatic precipitator.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche4. The method according to any one of the preceding claims
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Konditionierungsmittel gemeinsam mit dem Brennstoff (Kohle, Öl, Gas, Flüssiggas) in die Brennkammer der Verbrennungsoder Brennanlage bzw. die gesonderte Brennkammer eingeführt wird.1 to 3, characterized in that the conditioning agent is introduced together with the fuel (coal, oil, gas, liquid gas) into the combustion chamber of the combustion or combustion system or the separate combustion chamber.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Konditionierungs- mittel gemeinsam mit den, in einer Brennanlage thermisch zu behandelnden Stoffen aufgegeben wird, z.B. bei Zement-, Kalk-, Gips- und anderen Brennanlagen.5. The method according to any one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the conditioning agent is applied together with the substances to be thermally treated in a combustion plant, e.g. in cement, lime, gypsum and other kilns.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die thermische Zersetzung des Konditionierungsmittels die Brennkammer einer Gips-Mahl-Brennanlage benutzt wird.6. The method according to any one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the combustion chamber of a gypsum grinding furnace is used for the thermal decomposition of the conditioning agent.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verbrennung von Erdgas einem Rauchgasström von 52 OOONm3/h etwa 3,5 kg/h Halbhydrat zugesetzt werden.7. The method according to any one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that when burning natural gas a flue gas flow of 52 OOONm 3 / h about 3.5 kg / h hemihydrate are added.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zur thermischen Zersetzung des Konditionierungsmittels erforderliche Energie dem Rauchgas entnommen wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the energy required for the thermal decomposition of the conditioning agent is taken from the flue gas.
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