DE102004055624B4

DE102004055624B4 - Verfahren zur Verminderung der Chlorid- und Feinstpartikelbelastung in Rauchgasentschwefelungsanlagen

Info

Publication number: DE102004055624B4
Application number: DE102004055624A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Chem. Sparmann
Original assignee: Vattenfall Europe Generation AG and Co KG
Current assignee: Vattenfall Europe Generation AG and Co KG
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2024-11-12
Also published as: DE102004055624A1

Abstract

Verfahren zur Verminderung der Chlorid- und Feinstpartikelbelastung in Rauchgasentschwefelungsanlagen, bei dem aus einem Oxidationskreislauf Rauchgasgips über den Unterlauf eines Hydrozyklons abgeschieden sowie eine Salze und inerte Feinstteile enthaltene Suspension des Oberlaufs des Hydrozyklons einer Feinteilausschleusung mit einem weiteren Hydrozyklon und dessen Oberlauf einer nachgeschalteten Kläranlage zugeführt wird, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens ein Teilstrom des Schlammabzuges (12) der Kläranlage (10) aus der Rauchgasentschwefelungsanlage ausgeschleust und nach einem Dampferzeuger (1) und vor einem Elektrofilter (3) dem Rauchgasstrom des Dampferzeugers (1) zugegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Chlorid- und Feinstpartikelbelastung in Rauchgasentschwefelungsanlagen.
Rauchgase aus fossil gefeuerten Dampfkraftwerken müssen aufgrund ihrer Belastung mit Schwefel einer entsprechenden Reinigung unterzogen werden. Dazu ist u. a. auch das nasse Rauchgasreinigungsverfahren bekannt, bei welchem eine Waschsuspension (z. B. aus Kalkstein zubereitet) mit den Rauchgasen in einem Wäscher (Absorber) in Kontakt gebracht wird. Als Reaktionsprodukt entsteht Gips, welcher als Produkt einer weiteren Verwendung, z. B. in der Bauindustrie, zugeführt wird.
Aus dem Sumpf des Absorbers wird zur Gewinnung des Gipses ein Teil der Waschsuspension, welche mit dem durch das Rauchgas eingetragenen SO₂ in Kontakt war, abgezogen und einem Hydrozyklon zur Trennung in eine feststoffreiche und eine feststoffarme Suspension zugeführt. Die im Unterlauf des Hydrozyklons geführte feststoffreiche Suspension gelangt zur Entwässerung zu einer Entwässerungsvorrichtung, z. B. einen Vakuumbandfilter, der diese Suspension auf ca. 7–8% Restfeuchte zu Gips entwässert. Eine einfache Rückführung des feststoffarmen Oberlaufs des Hydrozyklons in den Absorber würde zu einer Hufkonzentration von gelösten Salzen und inerten Feinstpartikeln in der Suspension führen.
Es ist bekannt, den Oberlauf des Hydrozyklons einem Eindicker zuzuführen, um dem feststoffreicheren Teilstrom des Eindickers für eine Ascheanfeuchtung zu verwenden, somit einer Aufkonzentration entgegenzuwirken und die Klarphase aus dem Eindicker dem Absorber oder einer Löschanlage für Branntkalk zuzuführen ( DE 195 02 066 A1 ).
Mit der Ausschleusung des feststoffreichen Teilstromes des Eindickers werden u. a. in der Suspension befindliche Chloride und Feinstpartikel, welche durch die dem Prozess zugeführten Medien eingetragen werden, aus dem Prozess entfernt. Das zulässige Chloridlevel in REA-Absorbersystemen wird durch die Werkstoffe der suspensionsberührten Komponenten und der genehmigten Chloridlast des Ascheanfeuchtwassers definiert. Hohe Chloridgehalte fördern die Korrosion der metallischen Wäscherkomponenten. Feinstpartikel wirken störend auf die Gipswaschung und -entwässerung und damit auf die Einhaltung erforderlicher Gipsqualitäten für die nachfolgenden Verwertungsprozesse.
Die DE 198 02 182 A1 schlägt zur Lösung des Problems vor, einen Teil des für die Ascheanfeuchtung vorgesehenen feststoffreichen Teilstroms des Eindickers dem Verbrennungsprozess des der Rauchgasentschwefelungsanlage vorgeschalteten Kraftwerksanlage zuzuführen.
Dies geschieht durch Aufgabe auf die Rohbraunkohle im Grabenbunker oder auf einem Gurtband oder einem Kesselbunker mittels einer Pumpeinrichtung. Alternativ kann auch eine Verdüsung direkt in einen Dampferzeuger erfolgen.
Diese Verfahrensweise bringt aber auch Nachteile mit sich. Das mit dem feststoffreichen Teilstrom des Eindickers mitgeführte Wasser verdampft bei Einbringung in den Dampferzeuger. Die dafür notwendige Wärme geht dem Dampferzeugerprozess verloren bzw. muss zusätzlich aufgewendet werden. Weiterhin wird das im feststoffreichen Teilstrom des Eindickers u. a. mitgeführte Chlorid in den Dampferzeuger eingetragen. Dies kann letztlich zu einem zusätzlichen Angriff auf die im Dampferzeuger eingesetzten hochlegierten Stähle der Heizflächen (Chloridkorrosion) führen.
Aus der DE 36 07 191 A1 ist ein Verfahren zur Verminderung der Chloridbelastung des oberen Absorberkreislaufes von zweistufigen nassen Rauchgasentschwefelungsanlagen bekannt. Die aus einer ersten Hydrozyklonstufe über den Oberlauf des Hydrozyklons ausgeschleuste Suspension enthält feinerkörnige Festteile. Diese Suspension wird einer weiteren Hydrozyklonstufe zugeführt und dort aufgetrennt. Diese Auftrennung erfolgt einerseits in eine konzentriertere Suspension, welche die grobkörnigeren Festteile enthält. Diese Suspension wird über den Unterlauf in den Absorberkreislauf zurückgeführt. Andererseits werden über den Hydrozyklonoberlauf der weiteren Hydrozyklonstufe feinstteilige Feststoffe und gelöste Salze abgeführt. Diese Fraktion, welche die Chloride und Feinstpartikel enthält, werden dem Abwasser bzw. einer Abwasseraufbereitungsanlage zugeführt. Abwasseraufbereitungsanlagen erfordern hohe Investitionen und Betriebskosten aufgrund des Einsatzes von hochlegierten Stählen und korrosionsfester Materialien. Der Reststoff dieser Abwasseraufbereitungsanlagen ist in der Regel ein Sonderabfall. REA-Abwasser durch Verdünnung dem natürlichen Wasserkreislauf zurückzuführen, verbietet sich meist aufgrund der nachhaltigen Umweltrelevanz und der gesetzgebenden Akzeptanz.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Ausschleusung von chlorid- und feinstpartikelbelasteten Wässern aus dem Prozess der Rauchgasentschwefelung und Zuführung dieser Wässer in den Verbrennungsprozess eines Kraftwerkes eine zusätzliche Materialbelastung der eingesetzten Heizflächen des Dampferzeugers sowie den Entzug von Wärme aus dem Dampferzeuger zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Teilstrom des Schlammabzuges der Kläranlage aus der Rauchgasentschwefelungsanlage ausgeschleust und nach einem Dampferzeuger und vor einem Elektrofilter dem Rauchgasstrom des Dampferzeugers zugegeben wird.
Der Anteil an Chloriden der Suspension im Absorber ergibt sich aus dem Eintrag, welcher durch das Rauchgas, das Absorbens und das zur Herstellung der Suspension zugeführte Prozesswasser, in den Prozess eingeführt wird.
Damit stellt sich im Absorber ein bestimmtes Chloridlevel ein, welches bei Überschreitung eines Grenzwertes die bekannten negativen Auswirkungen hat. Befindet sich der Chloridlevel bereits nahe dem Grenzwert, ist z. B. bei Schwankungen des Chlorideintrages über das Rauchgas eine Überschreitung des Grenzwertes leicht möglich.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nunmehr möglich, eine einfache und kostengünstige Chlorid- und Feinstpartikelsenke zu schaffen.
Bei der Suspensionsverdampfung nach dem Dampferzeuger und vor dem Elektrofilter wird die Abwärme aus dem Verbrennungsprozess genutzt. Bei der Temperatur des Rauchgases zwischen 150°C–200°C erfolgt eine schockartige Verdampfung des wässrigen Inhalts des Schlammabzuges. Die dadurch erfolgte Kühlung des Rauchgases minimiert außerdem den üblichen Quenche-Aufwand in den REA-Absorbern und spart damit auch Quenche-Wasser. Die Chloridinhalte des Schlammabzuges verbinden sich ähnlich der Ascheanfeuchtung mit den calciumoxidreichen Aschepartikeln und werden wie die inerten Feinstpartikel über den Elektrofilter abgeschieden. Durch die Nutzung der Rauchgas-Abwärme für die Verdampfung des Schlammabzuges wird keine zusätzliche Wärmeenergie benötigt.
Eine vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Schlammabzug über Düsen dem Rauchgasstrom nach dem Dampferzeuger und vor dem Elektrofilter zugegeben wird. Gemäß einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schlammabzug über Mehrstoffdüsen dem Rauchgasstrom nach dem Dampferzeuger und vor dem Elektrofilter zugegeben, wobei Dampf als Treibmittel verwendet wird.
Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Die Figur zeigt dabei schematisch das Schaltbild einer Rauchgasentschwefelungsanlage.
Einem kohlenstaubgefeuerten Dampferzeuger 1 ist eine Rauchgasentschwefelungsanlage nachgeschaltet. Das Rauchgas aus dem Dampferzeuger 1 wird mittels einer Rauchgasleitung 2 einem Elektrofilter 3 zur Aushaltung von Filterasche zugeführt, bevor es über die weitergeführte Rauchgasleitung 2 in den Absorber 4 der Rauchgasentschwefelungsanlage gelangt. Im Absorber 4 wäscht eine kalkhaltige Absorbenssuspension mittels eines im oberen Teil des Absorbers 4 angebrachten Sprühsystems die mit dem Rauchgas eingetragene SO₂-Fracht aus dem Rauchgas aus. Die sich im Sumpf des Absorbers 4 sammelnde Suspension enthält das sich aus dem SO₂ bildende Calciumsulfat, gelöste Salze und inerte Feinstpartikel. Ein Teil dieser Suspension wird u. a. mit der Pumpe 5 über die Leitung 6 dem Hydrozyklon 7 zugeführt.
Der Hydrozyklon 7 trennt die Suspension in eine im Unterlauf des Hydrozyklons 7 geführte feststoffreiche Gipssuspension 8 (mit ca. 50% Feststoffgehalt) und eine im Oberlauf des Hydrozyklons 7 geführte feststoffarme Suspension 9 (Feststoffgehalt < 5%).
Die feststoffreiche Gipssuspension 8 gelangt nachfolgend zu einem Vakuumbandfilter (in der Fig. nicht dargestellt), in dem eine Entwässerung der feststoffreichen Gipssuspension 8 zu Gips erfolgt.
Die feststoffarme Suspension 9 des Oberlaufs des Hydrozyklons 7 wird getaktet sowohl zu einer Feinteilausschleusung, bestehend aus einem weiteren Hydrozyklon 14 und einer nachgeschalteten Kläranlage 10 (z. B. Eindicker oder Rundklärer), als auch dem Absorber 4 zugeführt. Diese feststoffarme Suspension 9 enthält Chloride und inerte Feinteile, die bei komplettem Verbleib im Prozess der Rauchgasentschwefelung akkumulieren würden. Es erfolgt in der Feinteilausschleusung eine Extraktion der inerten Feinteile. Die dabei anfallende Klarphase 15 der feststoffarmen Suspension 9 wird dem Rauchgasentschwefelungsprozess wieder zugeführt. Der Unterlauf des Hydrozyklons 14 der Feinteilausschleusung wird ebenfalls dem Rauchgasentschwefelungsprozess wieder zugeführt.
Der Schlammabzug 12 aus der Kläranlage 10 der Feinteilausschleusung wird nunmehr zum Teil der Ascheanfeuchtstation 11 zugeleitet. Hier erfolgt eine Anfeuchtung von Filterasche 13. Die angefeuchtete Filterasche wird nachfolgend verwendet (Deponie).
Der andere Teil des Schlammabzuges 12 aus der Kläranlage 10 der Feinteilausschleusung wird erfindungsgemäß mittels einer Pumpe und einer Rohrleitung nach dem Dampferzeuger 1 und vor dem Elektrofilter 3 der Rauchgasleitung 2 zugeführt und damit dem aus dem Dampferzeuger 1 kommenden Rauchgas zugegeben.
Das Verhältnis der Menge der Aufteilung des Schlammabzuges 12 aus der Kläranlage 10 in Richtung Ascheanfeuchtstation 11 sowie nach Dampferzeuger 1 und vor Elektrofilter 13 hängt von der Gesamtchloridfracht des Schlammabzuges 12 und der Chloridaufnahmekapazität der Asche des Rauchgases in der Rauchgasleitung 2 nach dem Dampferzeuger 1 ab. Zur Zugabe des Schlammabzuges 12 zum Rauchgas nach Dampferzeuger 1 und vor Elektrofilter 3 wird ein Bedüsungssystem aus ein oder mehreren Einstoffdüsen, bevorzugt aber ein Mehrstoffdüsensystem mit ein oder mehreren Mehrstoffdüsen mit Dampf als Treibmittel verwendet. Das Rauchgas weist an dieser Stelle in der Regel eine Temperatur von ca. 150–200°C auf. Der Wasseranteil des Schlammabzuges 12 verdampft dadurch schockartig. Die Chloride aus dem Schlammabzug 12 verbinden sich mit dem calciumoxidhaltigen Aschepartikel des Rauchgases und werden über den Elektrofilter 3 abgeschieden. Die inerten Feinstpartikel werden ebenfalls im Elektrofilter 3 abgeschieden und mit der Filterasche 13 ausgeschieden.

1: Dampferzeuger
2: Rauchgasleitung
3: Elektrofilter
4: Absorber
5: Pumpe
6: Leitung
7: Hydrozyklon
8: Gipssuspension
9: Suspension
10: Kläranlage
11: Ascheanfeuchtstation
12: Schlammabzug
13: Filterasche
14: Hochleistungshydrozyklon
15: Klarphase

Claims

Verfahren zur Verminderung der Chlorid- und Feinstpartikelbelastung in Rauchgasentschwefelungsanlagen, bei dem aus einem Oxidationskreislauf Rauchgasgips über den Unterlauf eines Hydrozyklons abgeschieden sowie eine Salze und inerte Feinstteile enthaltene Suspension des Oberlaufs des Hydrozyklons einer Feinteilausschleusung mit einem weiteren Hydrozyklon und dessen Oberlauf einer nachgeschalteten Kläranlage zugeführt wird, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens ein Teilstrom des Schlammabzuges (12) der Kläranlage (10) aus der Rauchgasentschwefelungsanlage ausgeschleust und nach einem Dampferzeuger (1) und vor einem Elektrofilter (3) dem Rauchgasstrom des Dampferzeugers (1) zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Schlammabzug (12) dem Rauchgasstrom über Düsen zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass der Schlammabzug (12) dem Rauchgasstrom über Mehrstoffdüsen zugegeben wird, wobei Dampf als Treibmittel eingesetzt wird.