DE3536893C1 - Verfahren zum Reinigen von Rauchgasen einer Feuerung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Reinigen von Rauchgasen einer Feuerung und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Rauchgasen einer Feuerung durch Zufuhr von
trockenem, feinkörnigem und mindestens ein Erdalkali enthaltendem Absorptionsmittel und nachfolgender
Entstaubung der Rauchgase.
Aus der DE-OS 30 15 977 ist ein solches Verfahren bekannt, bei dem vorzugsweise hinter einer ersten
Entstaubung das Absorptionsmittel in eine trockene Reaktionsstrecke eingeblasen wird und das so behandelte
Rauchgas in einem weiteren nachgeschalteten Entstauber entstaubt wird. Das gesamte die Feuerung (Feuerungskessel
oder Wirbelbettfeuerung) verlassende Rauchgas wird durch die trockene Chemisorptionsreaktionsstrecke
geführt. Das Absorptionsmittel dient der Abscheidung von SO2, HF, HCl aus dem Rauchgas und als
Beispiele werden genannt: Kalkhydrat, Calciumcarbonat, Weißfeinkalk.
Weiterhin ist aus der DE-OS 29 05 719 ein Verfahren zur Reinigung von Rauchgas mittels einer Absorptionsflüssigkeit
mit anschließender Sprühtrocknung bekannt, bei dem die Rauchgase vor Behandlung mit der Flüssigkeit
in zwei Teilströme aufgeteilt werden, von denen der eine einer Sprühtrocknung einer sich bei der Behandlung
bildenden konzentrierten Salzlösung und anschließenden Entstaubung zugeführt wird und der andere mit
dem ersten Teilstrom vor der Rauchgaswäsche wieder vereinigt wird, wobei diese Vereinigung bereits vor der
Entstaubung erfolgen kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der vorstehend genannten Art anzugeben, bei
dem auf einfache Weise die Abscheidung von Schadgasen aus dem Rauchgas verbessert werden kann,
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nach Zufuhr des Absorptionsmittels und ohne Vorentstaubung
mindestens ein Teilstrom der Rauchgase erst nach einer vorgegebenen Nachreaktionszeit entstaubt und der
andere Teilstrom sofort entstaubt wird.
In dem Teilstrom, z. B. 50%, der die Feuerung verlassenden Rauchgase, wird wegen der vorgegebenen
Nachreaktionszeit, die vorzugsweise im Sekundenbereich, z. B. 5 see, liegt, ein höherer Reinigungsgrad erzielt
als in dem sofort der Entstaubung zugeführten Teilstrom. Nach Vereinigung der Teilströme liegt ein hinreichender
Reinigungsgrad bezüglich der Schadgase im Gesamtstrom vor.
Vorzugsweise wird ein Absorptionsmittel in Carbonatform in den Feuerraum bei einer für eine Decarbonisierung
des Absorptionsmittels ausreichenden Temperatur eingebracht. Hier kommt bevorzugt Kalkstein (CaCOj)
oder Dolomit (CaCO3 + MgCO3) oder Magnesiumcarbonat zum Einsatz.
Es ist aber auch möglich, daß ein Absorptionsmittel in Hydratform in einem dem Feuerraum nachgeschalteten
Rauchgaszug bei einer die Dehydratisierung vermeidenden Temperatur eingebracht wird. Hier kommt vorzugsweise
Kalkhydrat ((Ca(OH^) zum Einsatz.
Schließlich ist es auch möglich, ein Absorptionsmittel in Oxidform einzusetzen, z. B. Brandkalk (CaO).
Schließlich ist es auch möglich, ein Absorptionsmittel in Oxidform einzusetzen, z. B. Brandkalk (CaO).
Selbstverständlich können auch Mischungen der vorstehend genannten Absorptionsmittel eingesetzt werden.
Um den in der Nachreaktionsstrecke bereits verbesserten Reinigungsgrad weiter anzuheben, ist es von
Vorteil, wenn in den Teilstrom zu Beginn der Nachreaktionszeit Wasser eingedüst wird, und zwar in den Fällen,
in denen in dem Rauchgas zu Beginn der Nachreaktionszeit das Erdalkali in Oxidform vorliegt. Es hat sich
nämlich herausgestellt, daß bei Umsetzung des Oxids mit Wasser zu Hydroxid sich die reaktionsfähige Oberfläehe
des Absorptionsmittels, sowie die Reaktionsgeschwindigkeit der Schadgaseinbindung erheblich vergrößert.
In diesem Zusammenhang soll darauf hingewiesen werden, daß nicht nur während der Nachreaktion eine
Absorption der Schadgase erfolgt, sondern daß durch die direkte Einbindung vor der Abzweigung bereits ein
gewisser Anteil an Einbindung abläuft, so wird z. B. eine direkte Einbindung von SO2 in Höhe von 30% erreicht.
Weiterhin wird bevorzugt, daß das Wasser in Strömungsrichtung des Teilstromes eingedüst wird.
Um auf einer vorgegebenen Baulänge eine vergleichsweise lange Nachreaktionszeit von z. B. 5 see zu erreichen,
ist es zweckmäßig, daß der Teilstrom mehrfach umgelenkt wird.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn der nachreagierte Teilstrom und der nichtnachreagierte Teilstrom
gemeinsam entstaubt werden.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Sie geht dabei von
einer Vorrichtung mit einem Feuerraum, Einrichtungen zur Zufuhr von Absorptionsmittel und einem nachgeschalteten
Entstauber, vorzugsweise E-Filter, aus.
Diese Erfindung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Teilen des Rauchgasstromes
der Feuerung in mindestens zwei Teilströmen dem Entstauber vorgeschaltet ist, von denen der eine
Teilstrom mit einer zwischen der Einrichtung zum Teilen und dem Entstauber eingeschalteten und eine vorgegebene
Nachreaktionszeit bestimmenden Nachreaktionsstrecke verbunden ist und der andere Teilstrom mit dem
Entstauber direkt verbunden ist.
Dabei wird im Sinne der vorstehenden Ausführungen bevorzugt, daß im wesentlichen am Anfang der Nachreaktionsstrecke
eine Einrichtung zum Eindüsen von Wasser in den durch die Nachreaktionsstrecke geführten
Teilstrom vorgesehen ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nun anhand der Figur näher erläutert werden.
Einer Feuerung (Kesselfeuerung oder Wirbelschichtfeuerung) 1 wird Luft L und Brennstoff B zugeführt. Die
Rauchgase werden über einen schematisch dargestellten Rauchgaszug 2 einer ebenfalls nur schematisch dargestellten
Einrichtung 3 zum Aufteilen des Rauchgasstromes R in zwei Teilströme T1 und T2 zugeführt. Die
Einrichtung 3 ist vorzugsweise einstellbar, um verschiedene Lastverhältnisse und/oder Brennstoffe zu berücksichtigen.
Der Teilstrom Ti wird direkt einem Staubabscheider 4, vorzugsweise Elektrofilter zugeleitet, und
danach einem Kamin 5 zuführt. Der Teilstrom Tl wird einer Nachreaktionsstrecke 6 zugeführt, in der das
Rauchgas umgelenkt wird, um eine relativ lange Nachreaktionszeit auf einer relativ kurzen Baulänge zu
erreichen. Das nachreagierte Rauchgas Tl wird auf den Entstauber 4 geführt. Bei der dargestellten Ausführungsform
werden die Teilströme Ti und T2 vor dem Eintritt in den Entstauber miteinander vermischt. Sie
können aber auch getrennt in den Entstauber 4 eingeführt werden oder in getrennten Entstaubern entstaubt
werden.
Wie in der Figur dargestellt, werden die Absorptionsmittel in Carbonat- und/oder Oxidform dem Feuerraum 1
zugeführt. Während die Absorptionsmittel in Hydratform dem nachgeschalteten Rauchgaszug 4 zugeführt
werden. Als Beispiele sind die entsprechenden Calciumverbindungen eingetragen.
Das Beispiel Calciumcarbonat soll nun näher erläutert werden.
Bei Zugabe von Kalksteinmehl (CaCOs) in den Feuerraum läuft bei einer Temperatur von über 750° C eine
Decarbonisierungsreaktion ab:
CaCO3 ->■ CaO+CO2
Das dabei entstehende freie CaO dient der Einbindung der Schadgase in einer heterogenen Gas-Feststoff-Reaktion.
Insbesondere reagiert das Schwefeldioxid bei Temperaturen unter 1120° C mit dem CaO zu Calciumsulfit.
Ein Teil des Calciumsulfits reagiert mit dem im Rauchgas enthaltenen Sauerstoff zu Calciumsulfat:
CaO+SO2 — CaSO3
CaO+SO2 +1 /2 O2 -► CaSO4
Gleichzeitig reagiert das vorzugsweise überstöchiometrisch vorliegende CaO mit den im Rauchgas enthaltenen
weiteren Schadgasen HCl und HF bei Temperaturen unter 790° C bzw. unter 1150° C zu Calciumchlorid bzw.
Calciumfluorid.
Bei den üblichen kurzen Verbindungen zwischen Rauchgaszug 2 und Entstauber 4 ist die Umsetzung des
freien CaO zu den entsprechenden Reaktionsprodukten durch die kurze Verweilzeit begrenzt. Da ein Teilstrom
T2 über die Nachreaktionsstrecke 6 mit einer Verweilzeit von z. B. 5 see geführt wird, wird die Umsetzung
erheblich verbessert.
Bei der bevorzugten Verfahrensführung wird der Umsatz von CaO durch die Eindüsung von Wasser weiter
erheblich verbessert. Das mit dem Teilstrom Γ2 in die Reaktionsstrecke 6 eingetragene CaO setzt sich stromab
der Eindüsstelle 7 des Wassers zu Calciumhydroxid um:
CaO + H2O -Ca(OH)2
Damit wird die reaktionsfähige Oberfläche vergrößert, sowie die Reaktionsgeschwindigkeit weiter verbessert.
Damit wird die reaktionsfähige Oberfläche vergrößert, sowie die Reaktionsgeschwindigkeit weiter verbessert.
Die Einbindung des noch im Teilstrom Tl vorhandenen SO2, d. h. das SO2, das nicht durch Direkteinbindung
absorbiert worden ist, kann durch die folgende Reaktionsgleichung beschrieben werden:
Ca(OH)2+SO2 — CaSO3 · 1 /2 H2O +1/2 H2O
5
5
Ein Teil des Calciumsulfits wird zum Sulfat auf oxidiert:
CaSO3 · 1/2H2O+ 1/2O2-CaSO4 · 1/2H2O
CaSO3 · 1/2 H2O +1/2 O2 +1 1/2 H2O — CaSO4 · 2 H2O
CaSO3 · 1/2 H2O +1/2 O2 +1 1/2 H2O — CaSO4 · 2 H2O
HCl und HF reagieren mit dem Calciumhydroxid unter Salzbildung gemäß folgenden Gleichungen:
2 HCl+Ca(OH)2 — CaCl2 + 2 H2O
2 HF+Ca(OH)2 — CaF2+2 H2O
Bei dem in dem Entstauber 4 abgeschiedenen Material handelt es sich also um Gemische und Agglomerate
von Calciumsulfit und -sulfat in verschiedenen Hydrationsstufen, von Calciumchlorid und Calciumfluorid zusammen
mit Flugasche. Inwieweit die einzelnen Stoffe an dem abgeschiedenen Material beteiligt sind, hängt von den
spezifischen Betriebsbedingungen der Anlage ab.
Durch die Kombination des Trockenentschwefelungsverfahrens, d. h. Zugabe von trockenem feinkörnigem
Absorptionsmittel zur Feuerung 1 bzw. in den Rauchgaszug 2 in Abhängigkeit von der gewünschten oder
zulässigen Temperatur kann ein Gesamtentschwefelungsgrad von 90% realisiert werden, wobei z. B. die Rauchgase
als Teilstrom über die Nachreaktionsstrecke geführt werden. Die Zugabe des Calcium, bezogen auf den
Schwefel in den Rauchgasstrom vor Teileinrichtung 3 ist überstöchiometrisch und liegt vorzugsweise im Bereich
von 1,5 bis 5. Die mit dem bevorzugten Einspritzen von Wasser verbundene Abkühlung im Teilstrom T2 wird
durch die Zumischung des wärmeren Teilstromes Ti vor Eintritt in den Kamin im wesentlichen kompensiert
Der Luftvorwärmer der Feuerungsanlage (Industriekessel, Müllverbrennungsanlage u. dgl.) liegt vorzugsweise
zwischen dem Rauchgaszug 2 und der Teileinrichtung 3. Die Größe des abzuzweigenden Teilstromes T2 ist
eine Funktion des zu erreichenden Reinigungsgrades, der gewünschten Temperatur am Kamineintritt und der
Gasmenge. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für Feuerungsanlagen unter 300 MW.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Verfahren zum Reinigen von Rauchgasen einer Feuerung durch Zufuhr von trockenem, feinkörnigem
und mindestens ein Erdalkali enthaltendem Absorptionsmittel und nachfolgender Entstaubung der Rauchgase,
dadurch gekennzeichnet, daß nach Zufuhr des Absorptionsmittels und ohne Vorentstaubung
mindestens ein Teilstrom der Rauchgase erst nach einer vorgegebenen Nachreaktionszeit entstaubt und der
andere Teilstrom sofort entstaubt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Absorptionsmittel in Carbonatform in den
Feuerraum bei einer für eine Decarbonisierung des Absorptionsmittels ausreichenden Temperatur eingebracht
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Absorptionsmittel in Hydratform in einem
dem Feuerraum nachgeschalteten Rauchgaszug bei einer die Dehydratisierung vermeidenden Temperatur
eingebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Absorptionsmittel in Oxidform eingesetzt
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Teilstrom zu Beginn
der Nachreaktionszeit Wasser eingedüst wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in Strömungsrichtung des Teilstroms
eingedüst wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom mehrfach
umgelenkt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der nachreagierte Teilstrom
und der nicht nachreagierte Teilstrom gemeinsam entstaubt werden.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Feuerraum,
Einrichtungen zur Zufuhr von Absorptionsmittel und einem nachgeschalteten Entstauber, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einrichtung (3) zum Teilen des Rauchgasstromes (R) der Feuerung (1) in mindestens zwei
Teilströme (Ti, T2) dem Entstauber (4) vorgeschaltet ist, von denen der eine Teilstrom (T 2) mit einer
zwischen der Einrichtung (3) zum Teilen und dem Entstauber (4) eingeschalteten und die vorgegebene
Nachreaktionszeit bestimmenden Nachreaktionsstrecke (6) verbunden ist und der andere Teilstrom (Ti) mit
dem Entstauber (4) direkt verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang der Nachreaktionsstrecke (6)
eine Einrichtung (7) zum Eindüsen von Wasser in den durch die Nachreaktionsstrecke (6) geführten Teilstrom
(T2) vorgesehen ist.
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