DE69931924T2 - Verfahren zur reinigung von abgas - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausreinigen von gasförmigen Schadstoffen aus Abgasen, die während der Verbrennung von Öl oder dergleichen, während des Anlaufs eines Kessels zur Verbrennung von fossilem Brennstoff wie Kohle, Biomassebrennstoff oder Abfall gebildet wurden. Gemäß dem Verfahren werden die Abgase zur Abtrennung von teilchenförmigen Schadstoffen vom Kessel durch einen Abgaskanal zu einem Grenzfilter wie einem Beutelfilter geleitet.
• In einem bekannten Verfahren werden die während des Anlaufs des Kessels aus der Verbrennung von z.B. Öl in einem Ölstartbrenner gebildeten Abgase am Beutelfilter vorbei geleitet und direkt in die Atmosphäre abgegeben. Der Anlauf dauert an, bis der Kessel die erforderliche Temperatur erreicht hat, d.h. gewöhnlich wenn die Temperatur von einer Umgebungstemperatur von etwa 20°C auf etwa 100-300°C angestiegen ist, wonach die stationäre Verbrennung im Kessel z.B. von Kohle eingeleitet und der Beutelfilter in Betrieb genommen werden kann.
• Die während des Anlaufs des Kessels gebildeten Abgase enthalten teilchenförmige Schadstoffe wie Ruß und gasförmige Schadstoffe wie Kohlenwasserstoff und Schwefeloxide sowie Wasserdampf. Da sowohl der Kessel als auch das daran anschließend lokalisierte Abgasreinigungssystem während des Anlaufs kalt sind, d.h. vermutlich Umgebungstemperatur aufweisen, kondensiert der Hauptteil der gasförmigen Schadstoffe der Abgase. Das Kondensat und folglich gebildete kleine Tröpfchen bestehen primär aus Kohlenwasserstoff, Schwefelsäure (gebildet durch Schwefeloxide) und Wasser. Die kalten Geräteteile des Abgasreinigungssystems bestehen im Wesentlichen aus seinem Beutelfilter und Abgaskanälen und aus einer Sparanlage (Energiewiedergewinnungsstufe) und einem mit dem Kessel verbundenen Luftvorwärmer. War der Kessel vorher in Betrieb, was normalerweise der Fall ist, stammt ein beträchtlicher Teil der Schadstoffe auch aus Staub in Form von Ruß und Flugasche, welche im Kessel und seinen Kanälen während dessen Betrieb abgelagert wurden. Dieser Staub lockert sich in Verbindung mit dem Anlauf und begleitet die Abgase hinaus in die Atmosphäre. Auch tritt gewöhnlich beim Einschalten des Filterbetriebs unverzüglich nach dem Start der stationären Kohlefeuerung eine Schadstoffemission auf, da dieses Einschalten eine bestimmte Zeitdauer dauert. Ein Anlauf dauert gewöhnlich zwischen 0,5 und 10 Stunden, wodurch beträchtliche Schadstoffmengen in die Atmosphäre abgegeben werden, bevor der Beutelfilter in Betrieb genommen wird und die Kohlefeuerung gestartet wurde. Während des Anlaufs z.B. eines mittelgroßen Kraftwerks (300 MW) können zusätzlich zu den vorstehend erwähnten gasförmigen Schadstoffen bis zu 500 kg Staub emittiert werden. Diese Schadstoffe bilden natürlich ein großes Umweltproblem. Das Verfahren führt auch zu unschönen, durch den Ölruß gefärbten Abgasschwaden, die den Rauchkamin verlassen.
• Die Auflagen der Behörden auf den Emissionsgrad von z.B. Kraftwerken, in welchen fossile Brennstoffe verbrannt werden, richten sich sowohl auf die gesamte Emissionsmenge als auch auf einen maximalen Emissionsgrenzwert. Diese Auflagen wurden kürzlich in einigen Ländern zunehmend verschärft, und aus diesem Grund ist es heutzutage häufig nötig, die während des Anlaufs des Kessels gebildeten Abgase direkt in den Beutelfilter zu leiten. Jedoch führt dieses bekannte Verfahren bedauerlicherweise zu Problemen für die Filterbeutel des Beutelfilters. Die Filterbeutel werden durch das Kondensat und die Tröpfchen, die durch die gasförmigen Schadstoffe der Abgase und ihren Wasserdampf gebildet werden, beschädigt, d.h. diese verstopfen und „verkleben" die Filterbeutel während des Anlaufs. Dies führt zu einem sehr schnellen Druckabfall durch den Filterbeuteln, was eine beträchtlich kräftigere und häufigere Reinigung des Filters erfordert. Nach nur etwa 10 Anläufen kann deshalb ein Filterbeutel vollkommen zerstört sein und muss folglich ausgetauscht werden. Dies führt zu einer sehr kurzen Nutzungsdauer für die Filterbeutel des Beutelfilters. Zusätzlich werden die in den Filterbeuteln angeordneten Filterkörbe in dieser durch das Kondensat und die Tröpfchen verursachten sehr feuchten Umgebung schnell korrodiert. Diese Korrosion wird insbesondere offensichtlich, wenn innerhalb einer kurzen Zeitdauer eine große Anzahl an Anläufen durchgeführt werden muss. Die dadurch verursachte erhebliche Service- und Wartungsarbeit führt dazu, dass dieses Verfahren sehr teuer wird.
• Angesichts der vorstehenden Erörterung ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, während des Anlaufs eines Kessels zur Verbrennung von fossilem Brennstoff, Biomassebrennstoff oder Abfall ein einfaches und billiges Verfahren zur Reinigen von Abgasen zu erzielen, wobei die Wirkung von kondensierten gasförmigen Schadstoffen und Tröpfchen eliminiert oder zumindest beträchtlich reduziert wird.
• Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der im Einführungsteil der Beschreibung beschriebenen Art erzielt und ist dadurch gekennzeichnet, dass fein verteilte Teilchen, vorzugsweise von Flugasche, im Abgaskanal stromaufwärts vom und/oder im Grenzfilter in die Abgase eingebracht und mit ihnen gemischt werden, und dass die fein verteilten Teilchen im Grenzfilter abgetrennt werden, indem sie einen Staubkuchen bilden, wobei kondensierte gasförmige Schadstoffe und Tröpfchen, die insbesondere aus Kohlenwasserstoff, Schwefelsäure und Wasser bestehen, von der Oberfläche der fein verteilten Teilchen im Abgas und im gebildeten Staubkuchen aufgenommen werden.
• Das grundlegende erfinderische Konzept besteht folglich darin, dass die dem Abgas zugeführten fein verteilten Teilchen zur Aufnahme des Kondensats und der Tröpfchen, die während des Anlaufs eines Kessels, während der Verbrennung von Öl oder dergleichen gebildet wurden, bestimmt sind, sodass der Textilfilter nicht durch Verstopfen oder „Verkleben" beschädigt wird.
• Die fein verteilten Teilchen werden geeigneterweise in einer Menge eingebracht, die im Bereich von 1-500 g/Nm³, speziell 5-50 g/Nm³ Abgas liegt. Die Teilchen bestehen vorzugsweise aus Flugasche und/oder Bettasche vom Kessel, können jedoch ebenso aus anderen fein verteilten Teilchen, die entsprechende Eigenschaften des Aufnehmens von kondensierten gasförmigen Schadstoffen und Tröpfchen aufweisen, bestehen.
• Die fein verteilten Teilchen werden vorzugsweise aus einem externen Vorratsbehälter wie einem Silo entnommen. Im Falle der Verwendung von Flugasche kann diese alternativ dazu direkt aus mindestens einem der mit dem Grenzfilter verbundenen Staubtrichter entnommen werden, wohingegen im Falle der Verwendung von Bettasche vom Kessel diese alternativ dazu direkt aus dem Kessel entnommen werden kann.
• Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die fein verteilten Teilchen stromaufwärts von einem mit dem Kessel verbundenen Luftvorwärmer in die Abgase eingebracht und damit gemischt werden.
• Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung detaillierter beschrieben, die sehr schematisch ein Kraftwerk zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
• In einem Kessel 1 zur Kohlefeuerung wird Öl während des Anlaufs mit Hilfe von mit dem Kessel verbundenen Ölstartbrennern (nicht dargestellt) verbrannt. Das Anlaufverfahren dauert an, bis der Kessel 1 eine für die stationäre Kohlefeuerung erforderliche Temperatur erreicht hat, was gewöhnlich mehrere Stunden dauert.
• Die von der Ölverbrennung gebildeten Abgase enthalten teilchenförmige Schadstoffe wie Ruß und Flugasche und gasförmige Schadstoffe wie Kohlenwasserstoff und Schwefeloxide und auch abgelösten Staub, der im Kessel und seinen Kanälen während des vorherigen Betriebs davon abgelagert wurde.
• Die Abgase werden zur Abtrennung der in den Abgasen vorliegenden und gebildeten teilchenförmigen Schadstoffe vom Kessel 1 über einen Abgaskanal 2 zu einem Beutelfilter 3 geleitet. Ein Luftvorwärmer 4 ist an den Kessel 1 zum Übertragen von Wärme von den heißen Abgasen auf die Verbrennungsluft des Kessels angeschlossen (nicht dargestellt). Die teilchenförmigen Schadstoffe werden unter Bildung eines Staubkuchens von den Filterbeuteln im Beutelfilter 3 abgetrennt und in im Boden des Filters bereitgestellten Staubtrichtern 5 gesammelt, wodurch die Schadstoffe über eine Leitung 6 an einen in der Figur nicht dargestellten Vorratsbehälter abgegeben werden. Vom Beutelfilter werden die gereinigten Abgase durch den Abgaskanal 2 und über ein Gebläse 7 zum Zuführen der Abgase geleitet, bevor sie schließlich durch einen Rauchkamin 8 in die Atmosphäre emittiert werden.
• Während des Anlaufs des Kessels 1 wird Öl wie vorstehend beschrieben verbrannt. Der Hauptteil der gasförmigen Schadstoffe der Abgase und ihr Wasserdampf kondensieren während dieses Anlaufs und bilden Kondensat und Tröpfchen auf Grund der Tatsache, dass sowohl der Kessel als auch das anschließende Abgasreinigungssystem während des Anlaufs kalt sind, d.h. vermutlich Umgebungstemperatur aufweisen. Die kalten Geräteteile des Abgasreinigungssystems bestehen im Wesentlichen aus dem Abgaskanal 2 und dem Beutelfilter 3 sowie einer mit dem Kessel verbundenen Sparanlage bzw. einem Luftvorwärmer 4. Die Menge des gebildeten Kondensat und der gebildeten Tröpfchen wird durch die Temperatur des Kessels und der Geräteteile des Reinigungssystems bestimmt. Das Kondensat und die Tröpfchen bestehen in erster Linie aus Kohlenwasserstoff, Schwefelsäure und Wasser. Bei der Ölverbrennung während des Anlaufverfahrens wird im Vergleich mit der Menge an Staubteilchen während des stationären Betriebs mit Kohlefeuerung nur eine sehr kleine Menge an Staubteilchen gebildet. Dies impliziert, dass die Menge an Teilchen, auf die das Kondensat und die Tröpfchen gemäß bekannter Techniken abgelagert werden können, im Prinzip vernachlässigbar ist. Das Kondensat und die Tröpfchen werden stattdessen direkt auf den Filterbeuteln im Beutelfilter abgelagert, sodass eine klebrige Masse gebildet wird, die die Beutel durch Verstopfen und „Verkleben" beträchtlich beschädigt. Dies zerstört folglich schnell die Funktion des Beutelfilters. Die vorliegende Erfindung ist deshalb auf die Lösung dieses Problems gerichtet.
• Während des Anlaufs des Kessels 1 wird das Gebläse 7 gestartet, wodurch Atmosphärenluft das ganze Abgasreinigungssystem durchströmt. Der Beutelfilter 3 wird dann in Betrieb genommen und während dieser Dauer auch die Injektion von fein verteilter Flugasche gestartet. Dies wird durch Starten eines pneumatischen Transportsystems 11 für die Flugasche und das Entleerungssystem des Silos 9 erzielt. Die Flugasche wird, wie in der Figur schematisch dargestellt, zum Abgaskanal 2 stromaufwärts zum Beutelfilter 3 geleitet. Die Flugasche wird folglich vom an eine Leitung 10 angeschlossenen Silo 9 entnommen und durch komprimierte Luft gemäß herkömmlicher Technik über die Leitung 10 in den Abgaskanal 2 geblasen. Die in den Abgaskanal 2 geblasene Flugasche wird verteilt und mit dem Abgas homogen gemischt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform liegt die Menge an in den Abgaskanal 2 geblasener fein verteilter Flugasche im Bereich von 5-10 g/Nm³. Diese Menge ist im Hinblick auf die tatsächliche Menge an Kondensat in den Abgasen ausgewählt und entspricht der während der stationären Kohlefeuerung gebildeten Menge an Staubteilchen in den Abgasen. Die Flugasche wird in den Beutelfilter 3 geleitet und auf den Filterbeuteln des Beutelfilters abgetrennt. Die Flugascheteilchen werden durch den im Beutelfilter 3 auftretenden Druckausgleich gleichmäßig auf die Filterbeutel verteilt. Sind die Filterbeutel vollständig mit den Flugascheteilchen bedeckt, d.h. wenn ein beginnender Staubkuchen auf den Filterbeuteln gebildet wurde, wird der tatsächliche Anlauf des Kessels 1 mit Ölverbrennung eingeleitet, während die Injektion der Flugasche kontinuierlich verläuft. Es kann hier erwähnt werden, dass der Betrieb des Beutelfilters derart angepasst wird, dass die Injektion der Flugasche und die anderen Funktionen des Filters koordiniert werden.
• Das Kondensat und die Tröpfchen, die aus Kohlenwasserstoff, Schwefelsäure und Wasser bestehen, werden sowohl im Abgas als auch im gebildeten Staubkuchen von der Oberfläche der Flugascheteilchen aufgenommen. Durch diese Zufuhr von fein verteilten Flugascheteilchen werden das Kondensat und die Tröpfchen in der auf den Filterbeuteln vorliegenden beträchtlich größeren Menge an Flugasche, aus welcher der Staubkuchen im Wesentlichen besteht, deutlich ausgedünnt, anstatt, dass sie zu 100 % direkt auf den Filterbeuteln abgelagert werden und diese verstopfen und „verkleben". Auf diese Weise wird das Problem des Verstopfens und „Verklebens" der Filterbeutel gelöst. Dies führt zu einer beträchtlich längeren Nutzungsdauer der Filterbeutel. Ist der Druckabfall über den Filterbeuteln auf einen vorbestimmten Wert abgefallen, wird der Staubkuchen gemäß dem Verfahren nach dem Anlauf, d.h. während des stationären Betriebs des Kessels 1 mit Kohlefeuerung vom Beutelfilter 3 abgetrennt.
• Folglich müssen die Filterbeutel nicht annähernd so häufig wie vorher ausgetauscht werden, was zu beträchtlich niedrigeren Service- und Wartungskosten führt.
• Bei einem weiteren Vorteil mit dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich darum, dass es die Verwendung von im Kraftwerk selbst hergestellter Flugasche ermöglicht, wodurch das Verfahren ebenfalls weniger teuer wird.
• Die Erfindung ist natürlich nicht auf das vorstehend beschriebene Verfahren beschränkt, kann jedoch auf verschiedene Weisen innerhalb des Umfangs der beigfügten Ansprüche modifiziert werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Ausreinigen von gasförmigen Schadstoffen aus Abgasen, die während der Verbrennung von Öl oder dergleichen, während des Anlaufs eines Kessels (1) zur Verbrennung von fossilem Brennstoff wie Kohle, Biomassebrennstoff oder Abfall gebildet wurden, wobei die Abgase vom Kessel (1) durch einen Abgaskanal (2) zu einem Grenzfilter wie einem Beutelfilter (3) zur Abtrennung von teilchenförmigen Schadstoffen geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass fein verteilte Teilchen, vorzugsweise von Flugasche, im Abgaskanal (2) stromaufwärts vom und/oder im Grenzfilter (3) in die Abgase eingebracht und mit ihnen gemischt werden, und dass die fein verteilten Teilchen im Grenzfilter (3) abgetrennt werden, indem sie einen Staubkuchen bilden, wodurch kondensierte gasförmige Schadstoffe und Tröpfchen, die insbesondere aus Kohlenwasserstoff, Schwefelsäure und Wasser bestehen, von der Oberfläche der fein verteilten Teilchen in den Abgasen und in dem gebildeten Staubkucken aufgenommen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fein verteilten Teilchen in einer Menge eingebracht werden, die im Bereich von 1-500 g/Nm³, vorzugsweise 5-50 g/Nm³ Abgas liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fein verteilten Teilchen aus Flugasche und/oder Bettasche vom Kessel (1) bestehen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die fein verteilten Teilchen aus einem externen Vorratsbehälter wie einem Silo (9) entnommen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugasche direkt aus mindestens einem der mit dem Beutelfilter (3) verbundenen Staubtrichter (5) entnommen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bettasche direkt aus dem Kessel (1) entnommen wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fein verteilten Teilchen stromaufwärts von einem mit dem Kessel verbundenen Luftvorwärmer (4) in die Abgase eingebracht und mit ihnen gemischt werden.