DE3700553A1

DE3700553A1 - Process and reaction apparatus for dry flue gas desulphurisation

Info

Publication number: DE3700553A1
Application number: DE19873700553
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Viessmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-01-10
Filing date: 1987-01-10
Publication date: 1988-07-21
Also published as: DE3700553C2

Abstract

The process serves for dry flue gas desulphurisation by powdered limestone (CaCo3) in the combustion of sulphur-containing bituminous coal, the powdered limestone being injected superstoichiometrically into the reaction chamber and the flue gases, after passage through a filter, being fed to the stack. In order to significantly reduce the amount of additive to be fed and thus to be able to operate the entire desulphurisation operation more economically, the powdered limestone is injected into a zone of the reaction chamber, the temperature of which is 20-200@C, preferably 100@C, higher than the temperature optimum, between 800 and 1000@C, of the binding of SO2 to CaO. The fly dust is precipitated in a settling chamber directly downstream of the reaction chamber and the fly dust portion precipitated there is added back to the continuously fed fresh powdered limestone before its injection into the reaction chamber.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur trockenen Rauchgasentschwefelung gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a method and a device for dry flue gas desulfurization according to the generic term of the main claim.

Ein derartiges Verfahren mit zugehöriger Reaktionsvorrich tung ist nach "Chemical Engingeering Progress" (VI, 65, No. 12) Dez. 1969 bekannt. Es ist ferner bekannt, daß die Ver wendung schwefelhaltiger Steinkohle als Brennmaterial nur bei gleichzeitiger Entschwefelung der Rauchgase sinnvoll erscheint. Die Kosten der dazu benötigten Chemikalien und Apparate heben aber den Preisvorteil der Kohle, zumindest teilweise wieder auf. Ob und inwieweit dieser feste Brenn stoff konkurrenzfähig bleiben kann, hängt mithin ganz we sentlich von den zusätzlichen Ausgaben ab, welche durch die Entschwefelung der Rauchgase verursacht werden, und jede Verminderung der Nebenkosten wird die Konkurrenzfä higkeit dieser Kohle verbessern. Von den verschiedenen, zur Entfernung des SO₂ aus den Abgasen der Feuerung vor geschlagenen Verfahren empfiehlt sich die trockene Ent schwefelung durch Einblasen von CaCO₂ und/oder CaO in die Abgase. Allerdings muß bei Verwendung des kostengünstigen Kalksteins beachtet werden, daß nicht dieser selbst, son dern daß CaO das wirksame Agens ist, das bei Temperaturen oberhalb 800°C daraus entsteht. Dieses Oxid, das durch Aus treiben des CO₂ gebildet wird, hat eine lockere Struktur und reagiert demzufolge besonders gut mit dem Schwefel dioxid des Rauchgases. Diese Reaktionsfähigkeit bleibt an teilsmäßig auch bestehen, wenn ein Teil des CaO mit SO₂ reagiert hat. Wie festgestellt werden konnte, geht aber das CaO relativ schnell wieder in CaCO₃ über, wenn es bei Tem peraturen unterhalb 800°C mit den Ofengasen in Berührung steht. Das bedeutet für die Praxis, daß die Fähigkeit ei nes Flugstaubes SO₂ zu binden, in Gegenwart heißer Ofengase schnell abnimmt. Wenn man also das feste Absorptionsmittel Kalkstein rationell einsetzen will, indem man die noch CaO- haltigen Flugstäube erneut einbläst, so dürfen diese nur kurze Zeit im Wirkbereich der Ofengase bleiben. Weiterhin ist zu beachten, daß die Umsetzung zwischen trockenem CaO und SO₂ ein deutliches Temperaturmaximum besitzt, das zwi schen 800 und 1000°C liegt.Such a method with associated Reaction device is known according to "Chemical Engineering Progress" (VI, 65, No. 12) Dec. 1969. It is also known that the use of sulfur-containing coal as fuel only makes sense with simultaneous desulfurization of the flue gases. However, the costs of the chemicals and equipment required for this cancel out, at least in part, the price advantage of coal. Whether and to what extent this solid fuel can remain competitive depends to a large extent on the additional expenses caused by the desulfurization of the flue gases, and any reduction in the additional costs will improve the competitiveness of this coal. Of the various methods proposed to remove the SO ₂ from the flue gases of the furnace before the dry desulphurization is recommended by blowing CaCO ₂ and / or CaO into the flue gases. However, when using the inexpensive limestone, care must be taken to ensure that it is not the limestone itself, but that CaO is the effective agent that arises at temperatures above 800 ° C. This oxide, which is formed by expelling the CO ₂ , has a loose structure and consequently reacts particularly well with the sulfur dioxide in the flue gas. This reactivity remains in part even if part of the CaO has reacted with SO ₂ . As could be determined, the CaO changes back into CaCO ₃ relatively quickly if it is in contact with the furnace gases at temperatures below 800 ° C. In practice, this means that the ability of an SO ₂ dust to bind quickly decreases in the presence of hot furnace gases. So if you want to use the solid absorbent limestone efficiently by blowing in the flying dust that still contains CaO, it must only remain in the effective range of the furnace gases for a short time. It should also be noted that the reaction between dry CaO and SO _{2 has} a clear temperature maximum, which is between 800 and 1000 ° C's.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren und eine Reaktionsvorrichtung zur trockenen Rauch gasentschwefelung zu schaffen und zwar ausgehend vom Ver fahren der eingangs genannten Art mit der Maßgabe, bei der Durchführung einen besonders reaktiven Flugstaub zu bilden, der sich speziell zur Rückführung in den Reaktionsraum eig net, um damit das zur Entschwefelung verwendete Absorptions mittel besser ausnützen und den Entschwefelungsgrad erhöhen zu können. The invention is therefore based on the object, a Ver drive and a reaction device to dry smoke to create gas desulfurization, starting from Ver drive the type mentioned with the proviso that Implementation to form a particularly reactive flying dust, which is especially suitable for returning to the reaction space net, so that the absorption used for desulfurization make better use of medium and increase the level of desulfurization to be able to.

Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren der eingangs ge nannten Art der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst und bezüglich einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Reaktions vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 4.This task is with a method of the beginning called type of invention by the in the hallmark of Main claim listed features resolved and related a reaction suitable for carrying out the method Device with the features of claim 4.

Das an sich bekannte Einblasen des rohen Kalksteins in die Flamme bzw. in die Abgase der Feuerung ist einer der kritischen Punkte des Verfahrens, da er über den Anteil an CaO entscheidet, das beim ersten Durchgang gebildet wird. Bisher ging man stets davon aus, daß das Aktivitätsmaximum der Umsetzung von CaO mit SO₂ zwischen 800 und 1000°C liegt. Demzufolge wurde der Kalkstein beim trockenen Ver fahren immer in jenen Teil der Abgase eingespeist, der mög lichst dieser Maximaltemperatur nahekam. Diese bekannte Arbeitsweise übersieht, daß der Übergang von CaCO₃ in CaO eine energieverbrauchende Reaktion darstellt, welche die Ofengase abkühlt. Hinzu kommt noch, daß auch der Kalkstein kalt eingebracht wird, zusammen mit kalter Gebläseluft. Alle diese Faktoren führen zu einer wesentlichen Verminde rung der Abgastemperatur, die je nach dem Überwiegen eines oder mehrere Faktoren bis zu 200°C betragen kann.The known blowing of the raw limestone into the flame or into the flue gases of the furnace is one of the critical points of the process, since it determines the proportion of CaO that is formed in the first pass. So far, it has always been assumed that the maximum activity of the reaction of CaO with SO _{2 is} between 800 and 1000 ° C. As a result, during the dry process, the limestone was always fed into the part of the exhaust gas that came as close as possible to this maximum temperature. This known way of working overlooks the fact that the transition from CaCO ₃ to CaO is an energy-consuming reaction which cools the furnace gases. In addition, the limestone is also brought in cold, together with cold blown air. All of these factors lead to a significant reduction in the exhaust gas temperature, which can be up to 200 ° C, depending on the predominance of one or more factors.

Erfindungsgemäß wird demgegenüber Kalkstein gezielt in ei nen Bereich in die Angabe eingeblasen, dessen Temperatur 20-200°C, vorzugsweise 100° höher liegt als die günstigste Wirktemperatur des CaO. Dieser Bereich richtet sich natür lich nach der Menge des zugesetzten Absorptionsmittels. Bei stark wechselndem Betrieb werden deshalb die Einblasdüsen vorteilhaft verstellbar ausgebildet und angeordnet, um je weils ein Maximum der Wirksamkeit durch entsprechende Düsen einstellung berücksichtigen zu können und um damit die op timale Einblashöhe für das Absorptionsmittel zu gewährleisten. Sowohl die Abspaltung von CO₂ aus CaO₃ als auch die Bindung des SO₂ verlaufen bei den kurzen Verweilzeiten in dem Feuer raum nicht vollständig. Der Flugstaub enthält daher neben CaSO₄ noch Carbonat und Oxid nebeneinander. Von diesem ist das CaO das Wertvollste; nach den oben dargelegten Prinzi pien wird es aber im Kontakt mit Ofengasen inaktiv. Es ist deshalb wesentlich, dafür zu sorgen, daß die aus dem Reak tionsraum kommenden Flugstäube möglichst schnell gesammelt und aus dem Bereich der Ofengase entfernt werden, d. h., der Flugstaub soll so kurz wie möglich in Kontakt mit den Rauch gasen bleiben. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß ein fixierter Anteil des Flugstaubes unmittelbar hinter dem Reaktionsraum beruhigt und niedergeschlagen und der nieder geschlagene Anteil des Flugstaubes dem kontinuierlich zuge führten frischen Kalksteinmehl vor dessen Einblasen in den Reaktionsraum wieder beigegeben wird. Diese Rückführung könnte zwar dauernd erfolgen, bevorzugt wird jedoch eine nicht kontinuierliche Rückführung, dies jedoch mit der Maß gabe, daß die Verweildauer des Flugstaubes in der Beruhi gungskammer nur maximal 30 min, vorzugsweise 10-15 min betragen soll. Mit einer Rückführung des im nachgeschalte ten Filter angesammelten Flugstaubs wäre dies nicht zu ge währleisten. According to the invention, however, limestone is specifically blown into the area in a region whose temperature is 20-200 ° C., preferably 100 °, higher than the most favorable effective temperature of the CaO. This range naturally depends on the amount of absorbent added. In the event of strongly changing operation, the injection nozzles are therefore advantageously designed and arranged to be adjustable, in order to be able to take into account the maximum effectiveness by setting the appropriate nozzles, and thus to ensure the optimum injection height for the absorbent. Both the cleavage of CO ₂ from CaO ₃ and the binding of SO ₂ do not go completely with the short residence times in the firebox. In addition to CaSO ₄ , the dust also contains carbonate and oxide next to each other. The CaO is the most valuable of these; according to the principles set out above, it becomes inactive when in contact with furnace gases. It is therefore essential to ensure that the dust coming from the reaction space is collected as quickly as possible and removed from the furnace gases, ie the dust is kept as short as possible in contact with the smoke gases. This is done according to the invention in that a fixed portion of the fly dust immediately behind the reaction space soothes and suppresses and the deposited part of the fly dust is added to the freshly supplied fresh limestone powder before it is blown into the reaction space. This return could take place continuously, but a non-continuous return is preferred, but with the measure that the dwell time of the flying dust in the calming chamber should only be a maximum of 30 minutes, preferably 10-15 minutes. This would not be guaranteed with a return of the fly dust accumulated in the downstream filter.

Für die Reaktionsvorrichtung zur Durchführung des Verfah rens ist wesentlich, daß im Gehäuse über den über dem mit den Einblasdüsen versehenen Reaktionsraum angeordneten Wärmeübertragungsflächen (Nachschaltheizflächen) eine Flug staubberuhigungskammer angeordnet ist, zwischen der und dem Vorratsbehälter für das Additiv Flugstaubrückförderelemente angeordnet sind.For the reaction device to carry out the procedure rens is essential that in the housing over the over with arranged in the reaction nozzles provided Heat transfer surfaces (secondary heating surfaces) a flight dust-calming chamber is arranged between the and Storage container for the additive fly dust return conveyor elements are arranged.

Der wesentliche Vorteil des Ganzen besteht darin, daß der Nutzungsgrad des eingesetzten Additivs wesentlich erhöht wird und damit die Betriebskosten gesenkt werden können. Nach bisherigen Ermittlungen ist damit der Einsatz frisch überstöchiometrisch zugeführten Additivs um bis zu 30% ab senkbar.The main advantage of the whole is that the The degree of utilization of the additive used is significantly increased and thus the operating costs can be reduced. According to previous investigations, the assignment is fresh over-stoichiometric additive by up to 30% lowerable.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Reak tionsvorrichtung werden nachfolgend anhand der zeichneri schen Darstellung des Ausführungsbeispiels der Reaktions vorrichtung näher erläutert. Es zeigt schematischThe method according to the invention and the associated reak tion device are based on the drawings rule representation of the embodiment of the reaction device explained in more detail. It shows schematically

Fig. 1 die Reaktionsvorrichtung in Seitenansicht mit den notwendigen Zubehörteilen und Fig. 1 shows the reaction device in side view with the necessary accessories and

Fig. 2 im Schnitt die Reaktionsvorrichtung. Fig. 2 in section the reaction device.

Wie aus Fig. 1, 2 ersichtlich, besteht die Reaktionsvor richtung aus einem Gehäuse 1 mit Reaktionsraum 3, Rauchgas abzugsanschluß 11 und mit an oberhalb der Brennstoffschütt zone 3′ angeordneten Einblasdüsen 2 angeschlossenen, mit Kalksteinmehl beschickbaren Vorratsbehälter 6 über einer ge eigneten Dosiervorrichtung 15, wobei dem Vorratsbehälter 6 frisches Kalksteinmehl aus einem Silo 17 mit geeigneten Mit teln zugeführt wird. Über dem mit den richtungsorientierba ren und die optimale Einblashöhe gewährleistenden Ausblas düsen 2 versehenen Reaktionsraum 3 sind die Wärmeübertragungs flächen 4 in Form von Nachschaltheizflächen angeordnet, über denen sich dann unmittelbar die hier wesentlichen Flugstaub beruhigungskammer 5 befindet, in der bzw. zwischen der und dem Vorratsbehälter 6 Flugstaubrückförderelemente 7 angeord net sind. Diese Flugstaubrückförderelemente 7 sind als zeit steuerbare Förderschnecken 8 ausgebildet und zwar vorteilhaft, wie aus Fig. 2 ersichtlich derart, daß in der Flugstaubbe ruhigungskammer 5 seitlich mit je einem Rückförderelement 7 versehene Niederschlagskammer 9 abgeteilt sind, wobei an diese Kammern 9 der zu einem Nachfilter 10 führende Rauch gasabzugsanschluß 11 angeordnet ist. Hinter dem Filter 10 ist in der zum Schornstein führenden Abzugsleitung ein Saug zuggebläse 20 vorgesehen, das die ganze Vorrichtung unter Saugzug hält. Der Brennstoff (schwefelhaltige Steinkohle) wird vom Kohletrichter 12 aus über geeignete Förderelemente 13 von unten in bekannter Weise in die Brennstofschüttzone 3′ eingefördert. Für die Zufuhr von Primär- und Sekundärluft dienen entsprechende Gebläse 18, 19. As shown in Fig. 1, 2 can be seen, there is a Reaktionsvor direction of a housing 1 with a reaction chamber 3, drain connection flue gas 11, and at zone above the fuel bulk 3 'position injection nozzles 2 connected, chargeable with limestone powder storage container 6 via a ge suitable metering device 15, wherein the reservoir 6 fresh limestone flour from a silo 17 is supplied with suitable means. Above the provided with the direction oriented Ren and the optimal blowing height blow-out nozzles 2 reaction chamber 3 , the heat transfer surfaces 4 are arranged in the form of Nachschaltheizflächen, over which there is then the essential flight dust calming chamber 5 , in or between the and the storage container 6 dust collection elements 7 are net angeord. This flue dust return elements 7 are designed as time-controllable screw conveyor 8 and indeed advantageous, as shown in Fig. 2 can be seen in such a way that in the Flugstaubbe ruhigungskammer 5 laterally each provided with a return conveying element 7 deposition chamber are partitioned 9, wherein these chambers 9 of a postfilter 10 leading smoke gas outlet 11 is arranged. Behind the filter 10 , a suction fan 20 is provided in the exhaust line leading to the chimney, which keeps the whole device under suction. The fuel (sulfur-containing hard coal) is fed from the coal funnel 12 via suitable conveying elements 13 from below in a known manner into the fuel pouring zone 3 ' . Corresponding fans 18, 19 serve for the supply of primary and secondary air.

Die Förderschnecke 8 wird, wie erwähnt, vorzugsweise nur von Zeit zu Zeit, jedoch nur in maximalen Zeitabständen von 30 min betätigt, um den sich in den Niederschlagskam mern 9 niedergeschlagenen Flugstaub in den Vorratsbehälter 6 zurückzuführen, wo sich eine Vermischung mit dem über die Leitung 16 frisch zugeführten Additiv ergibt, welche beiden Komponenten dann entsprechend dosiert vermittels Injektoran ordnung und Gebläse 14 dann den Ausblasdüsen 2 wieder zuge führt werden. Die dafür notwendigen Steuer- und Regelelemen te bedürfen keiner näheren Erläuterung, da diese ohne wei teres zur Verfügung stehen und sinngemäß zur Funktion ge bracht werden. Gleiches gilt für entsprechende Temperatur fühler zur Ermittlung der optimalen und hier vorgegebenen Reaktionszone und die entsprechenden Einstellmittel für die Ausblasdüsen 2, um das Additiv tatsächlich in diese optima le Reaktionszone gelangen zu lassen. An frischem Additiv aus dem Silo 17 muß natürlich nur so viel zugefördert wer den, wie reagiertes Additiv im Filter 10 ausgeschieden wor den ist.The screw conveyor 8 , as mentioned, is preferably only operated from time to time, but only at maximum intervals of 30 minutes, in order to return the airborne dust deposited in the precipitation chambers 9 to the storage container 6 , where there is a mixture with that via the line 16 freshly added additive results in which two components are then dosed appropriately by means of an injector arrangement and blower 14 then leads to the blow-out nozzles 2 again. The necessary control and regulating elements do not require any further explanation, since they are readily available and are brought to their proper function. The same applies to corresponding temperature sensors for determining the optimal and predetermined reaction zone and the corresponding setting means for the blow-out nozzles 2 to actually let the additive get into this optimal reaction zone. Of fresh additive from the silo 17 , of course, only as much has to be supplied as the reacted additive has been excreted in the filter 10 .

Was die Mengenverhalten an frischem Kalkmehl und beigemisch tem Flugstaub anbelangt, kann davon ausgegangen werden, daß keine besondere Regelung erforderlich ist. Circa 50% vom Flugstaub werden konstant am Filter abgeschieden und somit aus dem Kreislauf genommen. Bei kontinuierlichem Betrieb stellt sich ein bestimmtes Verhältnis ein. Bei ungenügender SO₂-Abbindung muß der Anteil an frischem Kalkmehl erhöht wer den.As far as the quantitative behavior of fresh lime powder and added dust is concerned, it can be assumed that no special regulation is required. Around 50% of the fly dust is constantly separated on the filter and thus removed from the circuit. A certain ratio is established during continuous operation. If there is insufficient SO ₂ binding, the proportion of fresh lime powder must be increased.

Claims

1. A process for dry flue gas desulphurization by means of limestone powder (CaCO ₃ ) in the combustion of sulfur-containing hard coal, the limestone powder being blown into the reaction chamber and the flue gases being fed to the chimney through a filter, characterized in that the limestone powder is in a zone of the reaction space is blown, the temperature of which is 20-200 ° C, preferably about 100 ° C higher than the optimum temperature between 800-1000 ° C of the binding of SO ₂ to CaO and that the dust is deposited immediately behind the reaction chamber in a calming room and the part of the dust deposited there is added to the freshly supplied fresh limestone powder before it is blown into the reaction chamber.

2. The method according to claim 1, characterized ge indicates that for blowing the Limestone flour depending on the quantity added adjustable injection nozzles can be used.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that the dejected Dust automatically controlled at the latest after one Period of 30 minutes, preferably after 10-15 minutes from the calming chamber into the fresh air to be blown Limestone flour is returned.

4.Reaction device for carrying out the method according to claim 1, consisting of a housing with reaction space, flue gas outlet connection leading to a separating filter and connected to injection nozzles arranged above the fuel pouring zone, which can be charged with limestone powder, as characterized in that in the housing ( 1 ) above the with the injection nozzles ( 2 ) provided reaction space ( 3 ) arranged heat transfer surfaces ( 4 ) a dust collection chamber ( 5 ) is arranged, between which and the reservoir ( 6 ) dust collection elements ( 7 ) are arranged.

5. Reaction device according to claim 4, characterized in that the dust recovery conveyor elements ( 7 ) are designed as time-controllable screw conveyors ( 8 ).

6. Reaction device according to claim 4 or 5, characterized in that in the flight dust calming chamber ( 5 ) at least one with return conveying element ( 7 ) provided precipitation chamber ( 9 ) and on this the leading to a post-filter ( 10 ) smoke gas discharge connection ( 11 ) is.

7. Reaction device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the injection nozzles ( 2 ) directed into the reaction chamber ( 3 ) are adjustable in relation to their blowing direction.