DE3340892A1

DE3340892A1 - Mehrstufiges verfahren zur einbindung von in rauchgasen enthaltener gasfoermiger schadstoffe

Info

Publication number: DE3340892A1
Application number: DE19833340892
Authority: DE
Inventors: Peter Prof. 8202 Kolbermoor Herberholz; Michael 5270 Gummersbach Wirtz
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1983-11-11
Filing date: 1983-11-11
Publication date: 1985-05-23
Also published as: GB2152915A; GB2152915B; GB8428014D0; DE3340892C2

Description

L. + C. SteinnUller GmbH 5270 Gummersbach, den 26.10.1983 Postfach 10 08 55/10 08 65 Pa 8323

E.M./Al.

Patentanmeldung Mehrstufiges Verfahren zur Einbindung von

in Rauchgasen enthaltener gasförmiger

Schadstoffe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der bei der Verbrennung von Brennstoffen hohen Heizwertes entstehenden gasförmigen Schadstoffe, wie z.B. SO_x, Fluor- oder Chlorverbindungen, durch Einbringen von Additiven mittels eines Trägerfluids in den dem Feuerraum nachgeschalteten Strahlungsraum einer Dampferzeugeranlage.

Bei der Verbrennung von Brennstoffen hohen Heizwertes, insbesondere Braunkohle oder Steinkohle, entstehen Rauchgase, die in hohem Maße umweltbelastende gasförmige Schadstoffe, wie Schwefeloxide, Fluor- oder Chlorverbindungen, enthalten. Zur Einbindung dieser Schadstoffe sind Verfahren bekannt, bei denen die Rauchgase mit Additiven behandelt werden. Da die Reaktionsfähigkeit der den Rauchgasen zugegebenen Additiven temperaturabhängig ist, werden für den Hoch-, Mittel- und Niedertemperaturbereich des Rauchgases jeweils besondere Additive eingesetzt, um das Reaktionsoptimum zu erzielen. Die Temperaturabhängigkeit in Bezug auf das

Reaktionsvermögen legt seinerseits wiederum die Eingabestelle für die Additive fest. Grundsätzlich ist es möglich, die Additive direkt mit dem Brennstoff zuzuführen oder diese separat in den Feuerraum einer Dampferzeugeranlage einzugeben und mit dem Rauchgas in Kontakt zu bringen. Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen die Rauchgasbehandlung mittels Additiven außerhalb der Dampferzeugeranlage erfolgt. Im Gegensatz zur Braunkohle können bei der Verbrennung von Steinkohle die Additive nicht direkt dem Brennstoff beigegeben werden, da in diesem Fall die Flammentemperatur oberhalb der Sintertemperatur des Additives liegt. Dadurch werden die Additive reaktionsunfähig. Als Trägermedium für die Eingabe von Additiven in den Strahlungsraum sowie bei externer Rauchgasbehandlung werden vorzugsweise Luft oder Wasser zum Eindüsen verwendet.

Allen diesen bekannten Verfahren ist es gemeinsam, daß eine nicht genügende Durchmischung von Schadstoffen und Additiven im gesamten Behandlungsraum gegeben und somit die Schadstoffeinbindung begrenzt ist. Bei einer externen Behandlung des Rauchgases mittels Additiven müssen zusätzlich Reaktionsräume außerhalb des Dampferzeugers bereitgestellt werden. Bei der Zugabe des Additivs zum Brennstoff ist es nachteilig, daß es aufgrund der Durchmischung zwischen Additiv und Unverbranntem im Feuerraum bzw. im Flammenbereich zu Agglomerationen und in der Folge zu einer Versinterung kommt, so daß ein Teil der Additive für die nachfolgende Einbindung der Schadgase nicht mehr zur Verfugung steht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verminderung der bei der Verbrennung von Brennstoffen hohen Heizwertes entstehenden gasförmigen Schadstoffe durch Einbringung von Additiven mittels eines Trägerfluids in den dem Feuerraum nachgeschalteten

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Strahlungsraum einer Dampferzeugeranlage derart weiter zu entwickeln, daß eine Steigerung der Schadstoffeinbindung bei optimaler Ausnutzung der Menge an zugeführtem Additiv möglich wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Additive in mindestens zwei, vorzugsweise in drei Stufen in Hint ereinanderanOrdnung gleichzeitig in den Strahlungsraum eingebracht werden.

Als unterstützende Maßnahme zur Durchmischung der Additive mit den Schadgasen im gesamten Behandlungsraum sieht die Erfindung vor, daß die Additive in jeder Stufe über mehrere umfangsseitige Eingabeorte in den Strahlungsraum eingebracht werden.

Zur Vermeidung von VerSinterungen und Sicherstellung einer ausreichenden Verweilzeit des Additivs mit den Schadstoffen im Rauchgas lehrt die Erfindung, daß die Einbringung von Additiven in einem Temperaturbereich innerhalb des Strahlungsraumes von 1500 bis 800° C erfolgt.

Um den Wirkungsgrad der Schadstoffeinbindung weiter zu erhöhen, schlägt die Erfindung vor, daß in den einzelnen Stufen Additive eingegeben werden, die jeweils optimale Reaktionsbedingungen zur Schadstoffeinbindung für die im Bereich einer Stufe vorherrschende Rauchgastemperatur liefern.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß als TrMgerfluid für die Stufen im Hochtemperaturbereich vorzugsweise ein flüssiger und für die übrigen Stufen ein gasförmiger Stoffstrom dient. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch für den Einsatz von pulverförmigen Additiven.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Additivmenge für die stromab letzte Stufe über die SO_x-Konzentration des bereits gereinigten Rauchgases und die Additivmengen für die verbleibenden Stufen lastabhängig geregelt werden, wobei das Lastsignal in bekannter Weise aus der zentralen Führungsgröße des Dampferzeugers, wie z.B. Brennstoff- oder Dampfmenge und dem Schwefelgehalt des Brennstoffes gebildet wird.

Alternativ hierzu sieht die Erfindung vor, daß die Zugabemenge an Additiv jeder Stufe lastabhängig geregelt wird, wobei das Lastsignal in bekannter Weise der aus der zentralen Führungsgröße des Dampferzeugers, wie z. B. Brennstoff- oder Dampfmenge und dem Schwefelgehalt des Brennstoffes gebildet wird, und die SO_x-Konzentration des gereinigten Rauchgases als primäre und die im Bereich einer Stufe vorherrschende Rauchgastemperatur als sekundäre Korrekturgröße auf die jeweilige Additiv-Mengenregelung zurückgeführt werden und den lastabhängigen Sollwert derart beeinflussen, daß unter Einhaltung des SO_x-Emissionsgrenzwertes als Sollwert der primären Korrekturgrösse die Additivmenge über den temperaturabhängigen Entschwefelungsgrad des Additivs geregelt wird.

Daneben ist es nach der Erfindung möglich, daß eine Teilmenge des aus dem eigenen Verbrennungsprozess entstammenden Rauchgas abgeschiedenen Feststoffes mit oder ohne Zugabe von unverbrauchten Additiven in den Strahlungsraum zurückgeführt wird, wobei die Eingabe in einem Bereich mit einer Rauchgastemperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur der Reaktionsprodukte aus Additiven und Schadgasen erfolgt.

Die Vorteile, die mit der Erfindung erreicht werden, bestehen darin, daß zum einen durch die gleichzeitige Zugabe von Additiven in mehreren Stufen in den Strahlungsraum

eines Dampferzeugers eine erhöhte Schadetoffeinbindung bei gleichzeitiger Reduzierung der Menge an Additiven gegenüber den bekannten Verfahren möglich wird. Dies wird dadurch erzielt, daß durch Aufteilung des gesamten Additivstromes auf die Teilströme in verschiedenen
Stufen stromab in Hintereinanderanordnung sowie durch mehrere umfangsseitige Eingabestellen in einer Stufe bzw. Ebene eine effektivere Durchmischung von Additiven und Schadgasen erreicht wird. Durch die Maßnahme, die Additivmenge in der stromab letzten Stufe über die SO_x-Konzentration des bereits behandelten Rauchgases zu regeln, ist es dem Betreiber einer Dampferzeugeranlage,
insbesondere einer Altanlage, möglich, den jeweils für diese festgelegten Emissionsgrenzwert einzuhalten. Dies wirkt sich vor allem dann als Vorteil aus, wenn der für eine nasse Rauchgasentschwefelungsanlage benötigte Raum nicht zur Verfügung steht; bei dem Verfahren nach der Erfindung sind lediglich die Düsen zur Einbringung des Additivs als wesentliche KonstruktionsVeränderungen am Dampferzeuger vorzunehmen. Ein wesentliches Kennzeichen der Erfindung ergibt sich aus der Kombination der Mehrstufigkeit der Additiveinbringung und der Möglichkeit, in den einzelnen Stufen jeweils Additive zuzugeben, die in jedem Bereich des Behandlungsraumes optimale Reaktionsbedingungen zur Schadstoffeinbindung für die hier vorherrschende Rauchgastemperatur liefern.

Ein weiterer Vorteil ist es, im höheren Rauchgastemperaturbereich flüssiges und bei niedrigerer Rauchgastemperatur gasförmiges Trägerfluid einzusetzen. Dadurch wird im Hochtemperaturbereich eine lokale Abkühlung des Rauchgases in der Umgebung der Additive infolge der Verdampfung des Trägerfluids erreicht. Damit ist die Sintergefahr nicht mehr gegeben, was mit einer besseren Ausnutzung von Additiven in diesem Heißtemperaturbereich einhergeht. Durch die Möglichkeit der Rückführung von

Feststoffen, in denen noch nicht reagierte, aber reaktionsfähige Additive enthalten sind, wird eine zusätzliche Ausnutzung und die damit verbundene Reduzierung der benötigten Additivmenge erreicht. Dabei wird eine Zersetzung der bereits eingebundenen Schadstoffe, die jedoch bei den bekannten Verfahren unvermeidlich ist, dadurch unterbunden, daß die Feststoffe in einen Temperaturbereich unterhalb der Zersetzungstemperatur dieser Reaktionsprodukte in den Strahlungsraum eingegeben werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Dampferzeugeranlage 1, aus der die in der Stufenschmelzkammer 2 entstehenden Rauchgase den Strahlungsraum 3 und Konvektivteil 4 durchströmen und nachfolgend über einen Luftvorwärmer und einen E-Filter in die Atmosphäre entlassen werden. Zur Einbindung der in den Rauchgasen enthaltenen Schadstoffen werden die Additive über drei Stufen 5, 6 und 7 in den Strahlungsraum 3 zugegeben und mit dem Rauchgas in Kontakt gebracht. Die einzelnen Stufen bzw. Ebenen sollten dabei in einem Temperaturintervall innerhalb des Strahlungsraumes von max. 1.500° c bis min. 800° C angeordnet sein, um eine Versinterung des Additives im Hochtemperaturbereich und Inaktivität des Additives im Niedertemperaturbereich zu vermeiden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel werden dabei in den einzelnen Ebenen verschiedene Additive eingesetzt, die bezüglich ihrer Aktivität auf die jeweils vorherrschende Rauchgastemperatur abgestimmt sind. Die Bevorratung der Additive erfolgt in den Behältern 8, 9 und 10, von wo aus sie mittels pneumatischer Förderung den jeweiligen Eingabeorten zugeleitet werden. Wahlweise kann als Trägerfluid in der stromab untersten Ebene 5

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als Trägerfluid eine Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, verwendet werden. Hierdurch wird im Heißtemperaturbereich eine Abkühlung des Rauchgases infolge Verdampfung erreicht, so daß hier die Gefahr von VerSinterungen der
Additive weitgehendst vermieden wird. Als unterstützende Maßnahme zur Homogenisierung von Additiven und Schadstoffen dient im gesamten Behandlungsraum die Anordnung von mehreren umfangsseitig des Strahlungsraumes befindlichen Eingabeorten in einer Ebene. Um den zulässigen Emissionsgrenzwert einzuhalten, wird gemäß dem Ausführungsbeispiel der SO_x-Gehalt des bereits behandelten Rauchgases als
Korrekturgröße auf die Regelung 11 für die Zugabemenge an Additiv aus Silo 10 zurückgeführt, wobei der Sollwert für die Zugabemenge an Additiven aus den Silos 8 und 9 lastabhängig geführt wird. Dabei wird das Lastsignal aus der zentralen Führungsgröße einer Dampferzeugeranlage, wie
z.B. Brennstoff- oder Dampfmenge und den Schwefel-Gehalt des Brennstoffes gebildet. Alternativ zu dieser einfachen Regelung ist es auch möglich die SO_x-Konzentration des
bereits gereinigten Rauchgases als primäre und das Signal für die in einer Ebene vorherrschende Rauchgastemperatur als sekundäre Korrekturgröße auf die lastabhängige Additivmengenreglung einer Stufe zurückzuführen. Die Verarbeitung der Signale erfolgt dabei in der Weise, daß unter Einhaltung des SO_x-Emissionsgrenzwertes als Sollwert für die primäre Korrekturgröße die Additivzugabemenge zusätzlich über den temperaturabhängigen Entschwefelungsgrad
des Additivs geregelt wird. Hierbei wird berücksichtigt, daß die Reaktivität eines Additivs mit den Schadstoffen aus dem Rauchgas temperaturabhängig ist. Der lastabhängige Sollwert für die Zugabemenge wird wie bei der vorgenannten einfachen Regelung ermittelt. Mit einer solchen aufwendigen Regelung läßt sich eine weitere Steigerung des Entschwefelungsgrades erreichen. Durch die Verfahrensführung nach der Erfindung, d. h. Mehrstufigkeit der Rauchgasbehandlung innerhalb des Strahlungsraumes einer

Dampferzeugeranlage in Kombination mit dem Einsatz von besonderen Additiven in verschiedenen Stufen sowie die Möglichkeit, gasförmige oder flüssige Trä'gerfluide für die Eindüsung des Additives zu verwenden, wird eine wesentlich höhere Effektivität der Schadstoffeinbindung
und effektivere Ausnutzung des zugeführten Additivs im Dampferzeuger erreicht, als dies mit den bekannten
Verfahren möglich ist.

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Claims

Patentansprüche

( l) Verfahren zur Verminderung der bei der Verbrennung von Brennstoffen hohen Heizwertes entstehenden gasförmigen Schadstoffe, wie z.B. SO_x, Fluor- oder ChIorverbindungen, durch Einbringen von Additiven mittels eines Trägerfluids in den dem Feuerraum nachgeschalteten Strahlungsraum einer Dampferzeugeranlage, dadurch g e k ennz ei chnet, daß Additive in mindestens zwei, vorzugsweise in drei Stufen in Hintereinanderanordnung gleichzeitig in den Strahlungsraum eingebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Additive in jeder Stufe über mehrere umfangsseitige Eingabeorte in den Strahlungsraum eingebracht werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung von Additiven in einem Temperaturbereich innerhalb des Strahlungsraumes von 1500 bis 800° C erfolgt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den einzelnen Stufen Additive eingegeben werden, die jeweils optimale Reaktionsbedingungen zur Schadstoffeinbindung für die im Bereich einer Stufe vorherrschende Rauchgastemperatur liefern.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzei chnet, daß als TrSgerfluid für die Stufen im Hochtemperaturbereich vorzugsweise ein
flüssiger und für die übrigen Stufen ein gasförmiger
St of f st rom di ent.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung von pulverförmigen Additiven.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Additivmenge
für die stromab letzte Stufe über die SO_x-Konzentration des bereits gereinigten Rauchgases und die Additivmengen für die verbleibenden Stufen lastabhängig
geregelt werden, wobei das Lastsignal in bekannter
Weise aus der zentralen Führungsgröße des Dampferzeugers, wie z.B. Brennstoff- oder Dampfmenge und dem
Schwefelgehalt des Brennstoffes gebildet wird.
8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch
gekennzei chnet, daß die Zugabemenge an Additiv jeder Stufe lastabhängig geregelt wird, wobei das Lastsignal in bekannter Weise der aus der zentralen Führungsgröße des Dampferzeugers, wie z. B. Brennstoff- oder Dampfmenge und dem Schwefelgehalt des
Brennstoffes gebildet wird, und die SO_x-Konzentration des gereinigten Rauchgases als primäre und die im
Bereich einer Stufe vorherrschende Rauchgastemperatur als sekundäre Korrekturgröße auf die jeweilige Additiv-Mengenregelung zurückgeführt werden und den lastabhängigen Sollwert derart beeinflussen, daß unter
Einhaltung des SO_x-Emissionsgrenzwertes als Sollwert
der primären Korrekturgröße die Additivmenge über den temperaturabhängigen Entschwefelungsgrad des Additivs geregelt wird.

~°" ' 3340832
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gek enn ζ e i chn et, daß eine Teilmenge des aus dem eigenen Verbrennungsprozess entstammenden Rauchgas abgeschiedenen Feststoffes mit oder ohne Zugabe von unverbrauchten Additiven in den Strahlungsraum zurückgeführt wird, wobei die Eingabe in einem Bereich mit einer Rauchgastemperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur der Reaktionsprodukte aus Additiven und Schadgasen erfolgt.

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