DE4104180C1

DE4104180C1 - Removing acidic gases from combustion gases - comprises feeding gases through vortex reactor contg. dispersed ground chalk, passing hot gases through heat exchanger and electrostatic particle separator

Info

Publication number: DE4104180C1
Application number: DE19914104180
Authority: DE
Inventors: Bernd 6360 Friedberg De Thoene; Harald Dr. 6000 Frankfurt De Sauer; Herbert 6102 Pfungstadt De Kipka; Rolf Dr. 6382 Friedrichsdorf De Graf
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: Lurgi Lentjes AG
Priority date: 1991-02-12
Filing date: 1991-02-12
Publication date: 1992-06-17
Anticipated expiration: 2011-02-13

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur trockenen Entschwefelung von Abgasen einer Kesselanlage durch Zugabe kalkhaltiger Sorbentien.

Für die Wirtschaftlichkeit derartiger Verfahren kommt es darauf an. die Abbindung des SO₂ zu CaSO₃ und CaSO₄ möglichst stöchiometrisch durchzuführen, d. h. gerade nur soviel Ca-haltige Mittel aufzuwenden, wie für die Entschwefelung erforderlich sind.

Es ist bekannt, daß mit sogenannten nassen Entschwefelungsverfahren, bei denen eine Aufschlämmung feinst aufgemahlener Reaktionsmittel in den Abgasstrom eingedüst wird, eine verhältnismäßig gute Ausnutzung der Reaktionsmittel erreicht werden kann. Dabei fällt allerdings ein Schlamm an, der eine kostspielige Aufarbeitung erfordert, wodurch der wirtschaftliche Vorteil der guten Reaktionsmittelausnutzung im wesentlichen wieder verloren geht.

Es ist auch bekannt, daß bei trockenen Verfahren die Umsetzung der Reaktionsmittel mit dem SO₂ verglichen mit den nassen Verfahren wesentlich schlechter ist, daß die trockenen Verfahren aber durchaus wettbewerbsfähig sind, wenn die kalkhaltigen Sorbentien feinkörnig und hochreaktiv in den Abgasstrom eingebracht werden. Diese Bedingungen lassen sich realisieren, wenn man von CaO als Sorptionsmittel ausgeht, das unmittelbar vor dem Einbringen in die Abgase gelöscht wird (vgl. DE-OS 38 06 798) . Dabei wird das sogenannte trockene Löschverfahren angewandt, bei dem das zum Löschen erforderliche Wasser nur in einer solchen Menge zugegeben wird, daß der nicht zur Bildung von Ca(OH)₂ benötigte Überschuß bei der reaktionsbedingten Erwärmung vollständig verdampft und ein trockenes, feinkörniges Produkt erhalten wird.

Als Nachteil dieses Verfahrens wird angesehen, daß man auf CaO als Ausgangsmaterial angewiesen ist, das verglichen mit CaCO₃ um den Faktor 3 bis 5 teurer ist. Es besteht also die Aufgabe, ein Entschwefelungsverfahren vorzuschlagen, bei dem ein preiswerteres Ausgangsmaterial als CaO eingesetzt werden kann, damit wirtschaftliche Hinderungsgründe bei der Abgasentschwefelung weiter abgebaut werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, bei dem eingangs genannten Verfahren von grob aufgemahlenem Kalk (CaCO₃) mit einer mittleren Korngröße von 200 µm auszugehen und dieses Material in einen Bereich der Kesselanlage einzubringen, in dem die Abgase eine Temperatur von 800 bis 900°C aufweisen. Die Abgase werden nach wärmetechnischer Ausnutzung dann in einem ersten elektrostatischen Staubabscheider klassierend entstaubt, worauf

- der grobkörnig anfallende Anteil einer Mahlung auf eine mittlere Korngröße von 5 bis 10 µm unterworfen wird und
- der mittelgrobkörnig sowie der feinkörnig anfallende Anteil aus dem System abgeführt werden.

Der auf 5 bis 10 µm aufgemahlene Anteil wird dann zusammen mit Wasser und den Abgasen einer aus Wirbelschichtreaktor, Abscheider und Rückführleitung bestehenden zirkulierenden Wirbelschicht zugeführt und die Abgase werden schließlich in einem zweiten elektrostatischen Staubabscheider entstaubt und in die Umgebung abgegeben und die dabei anfallenden CaSO₃- und CaSO₄-haltigen Rückstände teils in den Wirbelschichtreaktor und teils in die Kesselanlage zurückgeführt.

Erfindungsgemäß wird also von Kalk als Ausgangsmaterial ausgegangen, der in den heißen Abgasen zunächst entsäuert, d. h. zu CaO gebrannt wird. Der dazu erforderliche Energieaufwand hängt selbstverständlich vom CaO-Bedarf und letztlich vom Schwefelgehalt des Kesselbrennstoffs ab, er ist verglichen mit dem Energieumsatz aber praktisch zu vernachlässigen, weil die Bereitstellung des CaO im Rahmen des erfindungsgemäßen Entschwefelungsverfahrens in jedem Fall nur einen Teil des Preisvorteils des CaCO₃ gegenüber dem CaO aufzehrt, so daß insgesamt noch ein erheblicher wirtschaftlicher Vorteil verbleibt.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist alternativ vorgesehen, das Verfahren zur trockenen Entschwefelung von Abgasen einer Kesselanlage durch Zugabe kalkhaltiger Sorbentien so durchzuführen, daß

a) grob aufgemahlener Kalk (CaCO₃) mit einer mittleren Korngröße von 200 µm in einen Bereich der Kesselanlage eingebracht wird, in dem die Abgase eine Temperatur von 800 bis 900°C aufweisen,
b) die Abgase nach wärmetechnischer Ausnutzung in einem ersten elektrostatischen Staubabscheider klassierend entstaubt werden, worauf
- bI) der grobkörnig anfallende Anteil mit Wasser zu einem trockenen Produkt mit einer mittleren Körnung von 5 bis 10 µm umgesetzt wird, wobei die bei der Umsetzung anfallenden Brüden dem Abgasstrom zugemischt werden, und
- bII) der mittelgrobkörnig sowie der feinkörnig anfallende Anteil aus dem System abgeführt werden,
c) der zu einem Produkt von 5 bis 10 µm umgesetzte Anteil zusammen mit Wasser und den Abgasen einer aus Wirbelschichtreaktor, Abscheider und Rückführleitung bestehenden zirkulierenden Wirbelschicht zugeführt wird,
d) schließlich die Abgase in einem zweiten elektrostatischen Staubabscheider entstaubt und in die Umgebung abgegeben werden und
e) die dabei anfallenden CaSO₃- und CaSO₄-haltigen Rückstände teils in den Wirbelschichtreaktor und teils in die Kesselanlage zurückgeführt werden.

In vorteilhafter Weise erfolgt die Entstaubung im ersten elektrostatischen Staubabscheider bei 90 bis 160°C. Die Temperatur in der zirkulierenden Wirbelschicht wird durch entsprechende Bemessung der Wasserzugabe vorteilhafterweise auf 50 bis 90°C eingestellt. Außerdem ist vorgesehen, daß die im zweiten elektrostatischen Staubabscheider anfallenden Rückstände teilweise in einen Bereich der Kesselanlage rückgeführt werden, in dem die Abgastemperatur 800 bis 900°C beträgt.

Abgesehen von den bereits erläuterten, primär wirtschaftlichen Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich weitere Verbesserungen auch durch die verfahrensbedingt effektivere Ausnutzung des Sorptionsmittels und durch die Gewinnung eines nahezu CaSO₃-freien Abfallprodukts des Entschwefelungsverfahrens. Erfindungsgemäß erfolgt die Löschung des CaO in der zirkulierenden Wirbelschicht, d. h., das hochwirksame Reaktionsprodukt wird genau dort erzeugt, wo es für die Entschwefelung gebraucht wird. Durch die Wirbelschichttechnik ist außerdem dafür gesorgt, daß das Sorptionsmittel fast vollständig umgesetzt werden kann und deswegen nur wenig mehr als der stöchiometrische Mindestbedarf aufgewendet werden muß. Schließlich bewirkt auch die Rückführung des im zweiten Staubabscheider anfallenden Gemisches aus CaSO₃ und CaSO₄ in den Kessel, daß dort wegen des verhältnismäßig hohen SO₂-Angebots noch unverbrauchtes Ca(OH)₂ mit SO₂ reagieren kann und insbesondere daß hier eine Aufoxidation des CaSO₃ zu CaSO₄ stattfinden kann, so daß das Endprodukt des Entschwefelungsverfahrens praktisch CaSO₃-frei ist und leicht irgendeiner Verwendung bzw. problemlos einer Deponie zugeführt werden kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Schaltschema für ein Abgas-Entschwefelungsverfahren.

Fig. 2 zeigt das Schaltschema eines gegenüber Fig. 1 abgewandelten Abgas-Entschwefelungsverfahrens.

In der stark vereinfachten Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Kessel (1) dargestellt, der über die Leitung (9) mit Brennstoff und Verbrennungsluft versorgt wird und in den über Leitung (8) Kalk mit einem mittleren Korndurchmesser von 200 µm als Ausgangsstoff für ein Sorptionsmittel zur SO₂-Abscheidung in einen Bereich eingebracht wird, in dem das Abgas eine Temperatur von 800 bis 900°C hat. Das Abgas verläßt den Kessel (1) über die Leitung (10) und wird in einem elektrostatischen Staubabscheider (2) klassierend entstaubt. Dabei macht man von einem Effekt Gebrauch, der bei mehrfeldrigen elektrostatischen Staubabscheidern allgemein zu beobachten ist. In Strömungsrichtung der Abgase gesehen erfolgt zuerst die Abscheidung der gröberen Staubpartikel, während die feinsten Staubteile zuletzt abgeschieden werden. Man erhält also zwangsläufig eine Klassierung der insgesamt abgeschiedenen Staubmenge, was in den meisten Fällen ohne Bedeutung ist, erfindungsgemäß aber zu einer "Sortierung" der Staubpartikel nach ihrer chemischen Zusammensetzung ausgenutzt wird.

Der im ersten von drei (oder mehr) Feldern anfallende Grobstaub besteht überwiegend aus dem hoch CaO-haltigen Anteil, der aus dem im Kessel aufgegebenen Kalk durch Entsäuern im Temperaturbereich von 800 bis 900°C entsteht. Dieser Anteil wird über die Leitung (14) in eine Mühle (7) eingebracht und zu einem Sorptionsmittel mit einer mittleren Korngröße von 5 bis 10 µm aufgemahlen.

Der im zweiten Feld mit mittlerer Körnung anfallende Anteil, der überwiegend aus Asche besteht, wird ebenso wie der im dritten Feld anfallende, feinkörnige Anteil, der überwiegend aus CaSO₄ besteht, über die Leitung (15) bzw. (16) aus dem System abgezogen und einer getrennten oder gemeinsamen Verwertung oder Endlagerung zugeführt.

Das Abgas strömt aus dem Staubabscheider (2) über die Leitung (11) in den Wirbelschichtreaktor (3), der zusammen mit dem Abscheider (4) und der Rückführleitung (5) die Apparatur für eine zirkulierende Wirbelschicht bildet, in der eine innige Mischung des über die Leitung (11) zugeführten Abgasstromes mit dem über die Leitung (19) zugeführten, feinkörnig aufgemahlenen Sorptionsmittel und dem über die Leitung (17) zudosierten Wasser bewirkt wird, was zu der gewünschten Abgasentschwefelung unter weitgehender Ausnutzung des Sorptionsmittels führt.

Anschließend wird das Abgas über die Leitung (12) in den zweiten elektrostatischen Staubabscheider (6) geführt, in dem die End-Entstaubung stattfindet, so daß entschwefeltes und entstaubtes Abgas über die Leitung (13) an die Atmosphäre abgegeben werden kann. Der im Staubabscheider (6) anfallende Staub enthält CaSO₃ und CaSO₄. Er wird über die Leitung (20) teils in das System der zirkulierenden Wirbelschicht und teils über die Leitung (18) in den Kessel (1) zurückgeführt, wo eine Aufoxidation des CaSO₃ zu CaSO₄ und noch eine Teil-Entschwefelung des Abgases mit nicht reagiertem Sorptionsmittel stattfindet.

Die Anlage gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 nur dadurch, daß anstelle der Mühle (7) eine Trockenlöscheinrichtung (21) mit angetriebener Mischschnecke vorgesehen ist, die über Leitung (23) mit dem erforderlichen Löschwasser versorgt wird und über Leitung (22) die entstehenden Brüden an den Abgasstrom in Leitung (11) abgibt. Das durch die trockene Löschung erzeugte Sorptionsmittel Ca(OH)₂ hat eine mittlere Körnung von 5 bis 10 µm und wird über die Leitung (19) dem Wirbelschichtreaktor (3) der Entschwefelungseinrichtung zugeführt. Alle übrigen Teile der Anlage nach Fig. 2 haben die gleiche Funktion und Bedeutung wie in Fig. 1 und bedürfen keiner besonderen Beschreibung.

Claims

1. Verfahren zur trockenen Entschwefelung von Abgasen einer Kesselanlage durch Zugabe kalkhaltiger Sorbentien, dadurch gekennzeichnet, daß

a) grob aufgemahlener Kalk (CaCO₃) mit einer mittleren Korngröße von 200 µm in einen Bereich der Kesselanlage eingebracht wird, in dem die Abgase eine Temperatur von 800 bis 900°C aufweisen,
b) die Abgase nach wärmetechnischer Ausnutzung in einem ersten elektrostatischen Staubabscheider klassierend entstaubt werden, worauf
- bI) der grobkörnig anfallende Anteil einer Mahlung auf eine mittlere Korngröße von 5 bis 10 µm unterworfen wird und
- bII) der mittelgrobkörnig sowie der feinkörnig anfallende Anteil aus dem System abgeführt werden,
c) der auf 5 bis 10 µm aufgemahlene Anteil zusammen mit Wasser und den Abgasen einer aus Wirbelschichtreaktor, Abscheider und Rückführleitung bestehenden zirkulierenden Wirbelschicht zugeführt wird,
d) schließlich die Abgase in einem zweiten elektrostatischen Staubabscheider entstaubt und in die Umgebung abgegeben werden und
e) die dabei anfallenden CaSO₃- und CaSO₄-haltigen Rückstände teils in den Wirbelschichtreaktor und teils in die Kesselanlage zurückgeführt werden.

2. Verfahren zur trockenen Entschwefelung von Abgasen einer Kesselanlage durch Zugabe kalkhaltiger Sorbentien, dadurch gekennzeichnet, daß

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entstaubung im ersten, dem Kessel nachgeschaltetem elektrostatischen Staubabscheider bei 90 bis 160°C erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der zirkulierenden Wirbelschicht durch entsprechende Bemessung der Wasserzugabe auf 50 bis 90°C eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im zweiten, der zirkulierenden Wirbelschicht nachgeschalteten elektrostatischen Staubabscheider anfallenden Rückstände teilweise in einen Bereich der Kesselanlage rückgeführt werden, in dem die Abgastemperatur 800 bis 900°C beträgt.