DE3106580A1 - Verfahren zur minimierung der emission von verunreinigungen aus verbrennungsanlagen - Google Patents

Verfahren zur minimierung der emission von verunreinigungen aus verbrennungsanlagen

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DE3106580A1 DE19813106580 DE3106580A DE3106580A1 DE 3106580 A1 DE3106580 A1 DE 3106580A1 DE 19813106580 DE19813106580 DE 19813106580 DE 3106580 A DE3106580 A DE 3106580A DE 3106580 A1 DE3106580 A1 DE 3106580A1
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Helmut Dr.-Ing. 5270 Gummersbach Voos
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

L. & C. Steinmüller GmbH 52?0 Gummersbach, den 20.02.1981 Postfach 1949/1960 Pa
Kl./Ha.
Patentanmeldung
"Verfahren zur Minimierung der Emission von Verunreinigungen aus Verbrennungsanlagen"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Reaktionsprodukten, durch Additive, mit dem Ziel der Verminderung der Emission von Verunreinigungen, die durch Flammenverbrennung Verunreinigungen, wie Schwefel-, Chlor- und Fluorverbindungen und Asche enthaltender Brennstoffe entstehen.
Bei der Verbrennung von z. B. Schwefel-, Chlor- und Fluorverbindungen enthaltender Brennstoffe entstehen gasförmige Verunreinigungen, deren Emission auf zulässige Werte zu beschränken ist.
Es ist bekannt, daß die Begrenzung der Emissionen mit Abscheideverfahren erreicht werden kann, bei denen die Reaktionsprodukte mit in einer Suspension oder Lösung enthaltenen Additiven behandelt werden. Die Anlagen für die Durchführung dieser Behandlung sind in der Investition und im Betrieb sehr aufwendig, wobei insbesondere von Mschteil ist, daß die behandelten Reaktionsprodukte nach der Abscheidung der Verunreinigungen wasserdampfgesättigt sind und vor der Einleitung in die Atmosphäre wieder auf eine höhere Temperatur gebracht werden müssen, um eine notwendige Ausbreitung dieser Gase in der Atmosphäre sicherzustellen und die Kondensation von Säurenebeln weitgehend zu unterbinden.
— ij. —
Es ist weiterhin bekannt, daß diese Nachteile zum Teil dadurch vermieden werden können, daß die suspendierten Additive mit einer solchen Konzentration zugegeben werden, daß eine Verminderung der Abkühlung der Reaktionsprodukte durch Wasserverdampfung bei gleichzeitiger Abscheidung der Verunreinigungen erreicht wird. Dabei ist aber nachteilig, daß der Verbrauch an Additiv sich erhöht und ebenfalls noch eine Wiederaufheizung der Reaktionsprodukte vor Einleitung in die Atmosphäre notwendig sein kann.
Es ist ebenso bekannt, daß, um die Nachteile der vorgenannten, der Verbrennung nachgeschalteten Verfahre:: zu vermeiden, Additive unmittelbar dem Brennstoff oder auf andere dein Feuerraum zugegeben werden können. Bei einer solchen Verfahrensweise ist jedoch von Nachteil, daß die Reaktionsfähigkeit der Additive nur zu einem Teil ausgenutzt wird.
Ein besonders erfolgversprechendes Verfahren dieser Art sieht vor, die Additive der Brennerflamme mittels eines gasförmigen und/oder flüssigen Trägermittelstromes unter Bildung eines die Brennerflamme'umgebenden Schleiers zuzugeben.
Die im vorhergehenden beschriebenen Verfahrenstechniken haben den Nachteil, daß die geforderte Abscheidung der Verunreinigungen entweder nur mit hohen Investitions- und/oder mit hohen Betriebskosten erreichbar ist.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, Reaktionsprodukte aus einer Verbrennung Verunreinigungen, wie Schwefel-, Chlor-, !Fluorverbindungen und Asche enthaltender Brennstoffe, mit Additiven so zu behandeln, daß eine optimale Ausnutzung der Reaktionsfähigkeit dieser Additive und Asche bei gleichzeitiger Minimierung der Emission dieser Verunreinigungen unter Vermeidung insbesondere einer Wiederaufheizung der Reaktionsprodukte erzielt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches gekennzeichnet ist durch die Kombination folgender Verfahrensschritte:
a) Additiv-» werden mittels eines gasförmigen und/oder flüssigen Trägermittelstromes unter Bildung eines die Brennerflamme umgebenden Schleiers dem Feuerraum zugegeben.
b) Anschließend werden die verbliebenen reaktionsfähigen Additive, die reaktionsfähigen Aschebestandteile und gegebenenfalls zusätzliche Additive mit den noch ungebundenen gasförmigen Verunreinigungen der Reaktionsprodukte aus der Verbrennung außerhalb des Feuerraumes zur Reaktion gebracht.
Durch die Behandlung der Reaktionsprodukte durch Additive, die mittels eines gasförmigen und/oder flüssigen Trägermittelstromes unter Bildung eines die Brennerflamme umgebenden Schleiers ist bereits im Feuerraum eine hohe Abscheidung der gasförmigen Verunreinigungen der Reaktionsprodukte erreichbar. Zum Beispiel wurde bekannt, daß Schwefeldioxid zu mehr als 60 % bei einem Ca/S Mol-Verhältnis von etwa 2 bei Anwendung dieses Verfahrens bei der Steinkohleverbrennung abgeschieden wird. Da damit jedoch die zulässigen Emissionswerte gewöhnlich noch nicht erreicht werden können, wird durch die Kombination dieses Abscheideverfahrens mit einer dem Feuerraum nachgeschalteten Behandlung, in der die noch reaktionsfähigen Additive oder Aschebestandteile erneut mit den Verunreinigungen der Reaktionsprodukte zur Reaktion gebracht werden, wobei es gegebenenfalls auch vorteilhaft sein kann, diese Reaktion durch Zugabe frischer Additive zu verbessern, eine wirtschaftlich optimale Lösung für die Verminderung der gasförmigen Verunreinigungen der Reaktionsprodukte auf die zulässigen Emissionswerte erreicht.
Die Behandlung der Reaktionsprodukte außerhalb des Feuerraumes kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem filternden Abscheider, vorzugsweise Gewebefilter, ablaufen.
Werden die in den Reaktionsprodukten enthaltenen Feststoffe - nämlich Additive und Asche - außerhalb des Feuerraumes in einem filternden Abscheider, vorzugsweise Gewebefilter, von den gasförmigen Reaktionsprodukten getrennt, so wird die Verweilzeit der in den Feststoffen enthaltenen noch reaktionsfähigen Additive im Verunreinigungen enthaltenden Strom gasförmiger Reaktionsprodukte um mehrere Größenordnungen erhöht, außerdem werden die Reaktionsprodukte vor Austritt in den Kamin bzw. die Atmosphäre nochmals intim mit den verbliebenen reaktionsfähigen Additiven und reaktionsfähigen Aschebestandteilen gemischt. Beide Vorgänge erhöhen den Ausnutzungsgrad der zugegebenen Additive und erlauben unter der Voraussetzung gleicher Emissionswerte eine Reduzierung des Additivverbrauches und somit eine Verfahrensoptimierung.
Muß die dem Feuerraum zugegebene Additivmenge aus verfahrenstechnischen Gründen begrenzt werden, was durch Nebenwirkungen bedingt sein kann, wie Gefahr der Verschlackung und Verschmutzung der Wandlung des Feuerraumes oder Gefahr des Totbrennens der Additive, so kann es zur optimalen Ausnutzung der Reaktionsfähigkeit der Additive notwendig sein, einen Teil der Additive einem dem filternden Abscheider vorgeschalteten Reaktor außerhalb des Feuerraumes zuzugeben, in dem die Reaktionen des zweiten Verfahrensschrittes eingeleitet werden, die sich im filternden Abscheider bis zum Erreichen der angestrebten Emissionswerte fortsetzen.
Dabei ist die Verwendung eines Sprühabsorbers deshalb vorteilhaft, da bei einer Naßreinigung die Reaktionsprodukte vor dem filternden Abscheider mit hohem Ener-
gieaufwand wieder auf eine hohe Temperatur gebracht werden müßten und im Sprühabsorber die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen Additiven und den gasförmigen Verunreinigungen der Reaktionsprodukte größer als bei einer Zugabe der Additive in trockener Form ist und dadurch der Additivverbrauch vermindert wird.
Die im vorgeschalteten Reaktor zugegebenen Additive können auf verschiedene Art und Weise bereitgestellt werden. Die zugegebenen Additive können abgeschiedene noch reaktionsfähige Additive und reaktionsfähige Aschebestandteile aus dem filternden Abscheider sein, denen gegebenenfalls zusätzliche (frische) Additive zugegeben werden können. Durch die Wiederverwendung der noch reaktionsfähigen Additive aus dem filternden Abscheider wird der Gesamtadditivverbrauch minimiert.
Zur Erreichung einer optimalen Verfahrensführung kann es auch vorteilhaft sein, aus Kostengründen den dem filternden Abscheider vorgeschalteten Reaktor nur für einen Teilstrom der Reaktionsprodukte auszulegen, die beiden Teilströme jedoch vor dem filternden Abscheider zur Fortsetzung der Reaktionen bis zum Erreichen der angestrebten Grenzwerte wieder zu vereinigen.
Eine vorteilhafte Verfahrensschaltung kann auch sein, die Reaktion außerhalb des Feuerraumes in einem filternden Abscheider weiterzuführen, dem ein weiterer Reaktor nachgeschaltet ist, in dem ein Teilstrom der Reaktionsprodukte erneut behandelt wird, wobei diese Reaktion vorzugsweise in einem Naßabscheider erfolgt, dem die Additive in Form einer Suspension zugeführt werden. Die Verwendung eines Naßabscheiders hat den Vorteil, daß die Additive nahstöchiometrisch reagieren und die im filternden Abscheider abgeschiedenen Feststoffe und die im Naßabscheider anfallenden Feststoffe unterschiedlichen Verwendungen zugeführt werden können.
Zur Optimierung des Absorptionsmittelverbrauches kann es auch vorteilhaft sein, die noch reaktionsfähige Additive enthaltenden Feststoffe in einem filternden Abscheider zu entfernen und insgesamt oder teilweise in einem nachgeschalteten Reaktor in !Form einer Suspension mit den Reaktionsprodukten oder einem Teilstrom der Reaktionsprodukte zur Reaktion zu bringen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine getrennte Verwendung der Feststoffe nicht sinnvoll ist.
Anhand der schematischen Darstellungen in den Figuren ist die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 die Erfindung im Grundprinzip,
Fig. 2 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der für den Ablauf der Reaktionen außerhalb des Feuerraumes ein filternder Abscheider zum Einsatz kommt,
Fig. 3 eine Verfahrensvariante gemäß Fig. 2, bei der dem filternden Abscheider ein Reaktor ■vorgeschaltet ist,
Fig. 4 eine andere Verfahrensvariante gemäß Fig. 3» bei der dem Reaktor nur ein Teilstrom der aus dem Feuerraum kommenden Reaktionsprodukte zugeleitet und neben zusätzlichem Additiv auch reaktionsfähiges Additiv aus dem filternden Abscheider zugegeben werden können,
Fig. 5 eine Verfahrensvariante, bei der dem filternden Abscheider ein Reaktor nachgeschaltet ist, dieser aber nur mit einem Teilstrom der Reaktionsprodukte beaufschlagt wird, wobei in dem Reaktor nur frisches Additiv zugegeben wird,
Fig. 6 eine Alternative zum Verfahren gemäß Fig. 5, bei dem dem Reaktor außer frischen Additiven auch noch reaktionsfähige Additive aus dem filternden Abscheider zugeführt werden.
Die Verfahrensführung gemäß der Erfindung ist im grundsätzlichen derart, daß die Behandlung der durch die Verbrennung Verunreinigungen, wie Schwefel-, Chlor-, Fluorverbindungen und Asche enthaltender Brennstoffe, entstehenden Reaktionsprodukte durch die Zugabe von Additiven innerhalb und außerhalb des Feueraumes zur Reaktion gebracht werden.
Wie Fig. 1 zeigt, werden im Feuerraum 1 unter anderem Verunreinigungen enthaltende Brennstoffe 2 sowie Additive 3 zugeführt. Im Feuerraum 1 reagieren die gasförmigen Verunreinigungen der Reaktionsprodukte der Verbrennung mit einem Teil der Additive 3· Den Feuerraum 1 verlassen unter anderem noch Verunreinigungen enthaltende Reaktionsprodukte 4 und verbliebene reaktionsfähige Additive 5 sowie reaktionsfähige Aschebestandteile 6. Zur-weiteren Behandlung der noch Verunreinigungen enthaltenden Reaktionsprodukte werden diese Stoffströme in einem Reaktor 7 erneut zur weiteren Reaktion gebracht. Gegebenenfalls können diesem Reaktor zusätzliche frische Additive 8 zugeführt werden. Aus dem Reaktor treten unter anderem die gereinigten Reaktionsprodukte 9 in den Kamin 10 sowie abgeschiedene Feststoffe 11 aus.
Tn Fig. 2 wird als Reaktor ein filternder Abscheider verwendet. Hierbei können den Stoffströmen 4, 5 und vor Eintritt in den filternden Abscheider 12 und 13 zusätzliche frische Additive zugegeben werden. Gegebenenfalls können in den Stoffströmen 4, 5 und 6 auch im filternden Abscheider abgeschiedene Feststoffe 14, die zum Teil noch reaktionsfähig sind, zugegeben werden. Der abzuführende Feststoffstrom 15 wird aus dem Prozess ausgeschleust. Die behandelten Reaktionsprodukte 9 werden dem Kamin 10 zugeführt.
Aus der in !Fig. 3 dargestellten Verf ahrensalternative ist dem filternden Abscheider 12 ein Reaktor 16 vorgeschaltet. Lieser Reaktor ist vorzugsweise als Sprühabsorber ausgeführt. Gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Verfahrensvariante werden die Additive 13, 14 dem Reaktor 16 zugeführt. Dies hat den Vorteil, daß die Reaktion dieser Additive mit den Verunreinigungen der Reaktionsprodukte im Reaktor intensiviert wird und damit die Stoffströme 13 und 14 minimiert werden können. Der Stoffstrom 17 wird dem filternden Abscheider 12, wie dargestellt, zugeführt. Die übriger Verfahrensführung entspricht derjenigen der Pig. 2.
Die Verfahrensvariante gemäß der Fig. 4 sieht vor, daß dem Reaktor 16 nur ein Teilstrom 18 der Produktströme 4, 5 und 6 zugeführt wird. Der aus dem Reaktor austretende Stoffstrom 20 und der aus dem Feuerraum strömende Teilstrom 19 wird als Produktstrom 17 dem filternden Abscheider 12 zugeführt.
Die Verfahrensvariante gemäß der Fig. 5 zeigt, daß dem filternden Abscheider 12 auch ein Reaktor 21 nachgeschaltet werden kann. Die Stoffströme 4, 5 und. 6 werden dem filternden Abscheider 12 zugeführt und dort die Feststoffe 15 abgeschieden. Ein Teilstrom 22 der verunreinigten Reaktionsprodukte wird zur weiteren Behandlung in den Reaktor 21 geführt und dort mit dem Additivstrom zur Reaktion gebracht. Aus dem Reaktor 21 wird ein Strom reagierter Additive 24 aus dem Kreislauf ausgeschleust, der gereinigte Teilstrom 25 der Reaktionsprodukte wird mit dem verbliebenen Teilstrom 23 aus dem filternden Abscheider 12 zusammengeführt und als Stoffstrom 9 in den Kamin 10 geleitet.
Bei der Verfahrensvariante gemäß der Fig. 6 ist in Abänderung der Verfahrensvariante gemäß der Fig. 5 der in den Reaktor 21 eingeführte Addtivstrom zusammengesetzt aus einem Teilstrom 14 aus den im filternden Abscheider abgeschiedenen Feststoffen 15 sowie gegebenenfalls frischen Additiven 13- Ein Teilstrom 26 der im filternden Abscheider
abgetrennten Feststoffe wird ebenso aus dem Kreislauf ausgeschleust wie der Strom 27.der reagierten Additive. Der Stoffstrom 25 der nachgereinigten Reaktionsprodukte wird mit dem Stoffstrom 23 aus den filternden Abscheider zusammengeführt und in den Kamin 10 geleitet.

Claims (6)

L. & C. SteinmüIier:'_Gm1?H- -' 5270 Gummersbaeh, den 20.02.1981 Postfach 1949/1960 Pa δΊΟψ Kl./Ha. Ansprüche
1. Verfahren zur Behandlung von Reaktionsprodukten, die durch Il ammenv erb rennung Verunreinigungen, wie Schwefel-, Chlor-, Fluorverbindungen und Asche enthaltender Brennstoffe entstehen, durch Additive, gekennzeich net durch die Kombination folgender Verfahrensschritte:
a) Additive werden mittels eines gasförmigen und/oder flüssigen Trägermittelstromes unter Bildung eines die Brennerflamme umgebenden Schleiers dem Peuereraum zugegeben.
b) Anschließend werden die verbliebenen reaktionsfähigen Additive, die reaktionsfähigen Aschebestandteile und gegebenenfalls zusätzliche Additive mit den noch ungebundenen gasförmigen Verunreinigungen der Reaktionsprodukte aus der i'lammenverbrennung außerhalb des Feuerraumes zur Reaktion gebracht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionen außerhalb des Feuerraumes in einem filternden Abscheider, vorzugsweise Gewebefilter, ablaufen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionen außerhalb des Feuerraumes in einem Reaktor, vorzugsweise in einem Sprühabsorber, eingeleitet und in einem nachgeschalteten filternden Abscheider fortgesetzt werden und dem Reaktor zusätzliche Additive zugegeben werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem vorgeschalteten Reaktor zugegebenen Additive im filternden Abscheider abgeschiedene noch reaktionsfähige Additive und reaktionsfähige Aschebestandteile sowie gegebenenfalls zusätzliche Additive sind.
5· Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktor ein Teilstrom der Reaktionsprodukte zugeleitet und dieser Teilstrom vor dem filternden Abscheider wieder mit dem anderen Teilstrom der Reaktionsprodukte vereinigt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionen außerhalb des Peuerraums in einem filternden Abscheider, vorzugsweise Elektrofilter,eingeleitet werden und zumindest für einen Teilstrom der Reaktionsprodukte, in einem nachgeschalteten Reaktor, vorzugsweise Naßabscheider, dem zusätzliche Additive in Form einer Suspension zugegeben werden, weitergeführt werden und dieser Teilstrom mit dem Reststrom der Reaktionsprodukte vor Eintritt in den Kamin zusammengeführt wird.
7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem nachgeschalteten Reaktor zugegebenen Additive im filternden Abscheider abgeschiedene noch reaktionsfähige Additive und reaktionsfähige Aschebestandteile sowie gegebenenfalls zusätzliche Additive sind.
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