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DE4308388A1 - Verfahren zur Reduzierung des Schadstoffgehaltes im Rohgas von Verbrennungsanlagen - Google Patents

Verfahren zur Reduzierung des Schadstoffgehaltes im Rohgas von Verbrennungsanlagen

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Publication number
DE4308388A1
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DE
Germany
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calcium hydroxide
suspension
hydroxide suspension
combustion chamber
area
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Withdrawn
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DE4308388A
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English (en)
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Lutz-Peter Nethe
Ingeborg Dr Foerster
Jochen Dipl Chem Hensel
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INGENIEURGEMEINSCHAFT TECH UMW
MAERKER ZEMENTWERK GmbH
Original Assignee
INGENIEURGEMEINSCHAFT TECH UMW
MAERKER ZEMENTWERK GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/68—Halogens or halogen compounds
    • B01D53/70—Organic halogen compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/48—Sulfur compounds
    • B01D53/50—Sulfur oxides
    • B01D53/501—Sulfur oxides by treating the gases with a solution or a suspension of an alkali or earth-alkali or ammonium compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L10/00—Use of additives to fuels or fires for particular purposes
    • C10L10/02—Use of additives to fuels or fires for particular purposes for reducing smoke development
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J7/00—Arrangement of devices for supplying chemicals to fire

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung des Schadstoffgehaltes im Rohgas von Verbrennungsanlagen.
Bei bekannten Verfahren zur Minimierung saurer Schadgase wurde bisher der Eintrag basischer, pulverisierter Feststoffe wie CaCO3 oder Ca(OH)2, CaO, MgCO3 sowie von Katalysatoren in den Feuerraum beschrieben, wobei diese Substanzen trocken eintragen werden. Als Beispiel für die Zugabe von CaCO3 und MgCO3 sei die DE-A37 17 191 genannt. Eine Zugabe von CaCO3, CaO und Ca(OH)2 ist in der DE-A35 08 650 beschrieben.
Die genannten bekannten Verfahren zur Schadstoffminimierung im Verbrennungsraum sind störanfällig aufgrund noch ungelöster Probleme der Feststoffördertechnik. Es kommt bei ihnen zu einer inhomogenen Verteilung der schadstoffhindernden Substanzen, welche sich in der Praxis des Dauerbetriebs zumeist als ungeeignet erwiesen haben, da aufgrund der inhomogenen Verteilung der schadstoffbindenden Substanzen nur eine ungenügende Kontaktierung zwischen Schadgas und Schadstoffbindemittel erreicht wird. Letzteres bewirkt, daß die erwünschte Schadstoffminderung im Feuerungsraum nicht mit der notwendigen Regelmäßigkeit erreicht wird, selbst dann, wenn ein erheblicher Überschuß der schadstoffbindenden Substanzen eingesetzt ist, was zu hohen Betriebskosten führt. Die nicht gebundenen Schadstoffe können sich daher im Verbrennungsraum und den auf diesen folgende Einrichtungen und Einbauten, wie z. B. Wärmetauscher, anlagern und zur Korrosion führen.
Es ist zwar möglich, die sauren Schadgase nach ihrem Austritt aus dem Feuerraumbereich durch sekundäre Reinigungsverfahren zu vermindern, und ein Großteil der Verfahren zur Reduzierung saurer Schadstoffe arbeitet nach diesem Prinzip, es ist jedoch aus den vorgenannten Gründen vorzuziehen, die Schadgase bereits im Bereich ihrer Entstehung, d. h. im Feuerraumbereich zu reduzieren. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schadstoffreduzierung in Abgasen anzugeben, bei dem die entstehenden Schadstoffe bereits am Ort ihres Entstehens unschädlich gemacht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Reduzierung des Schadstoffgehalts im Rohgas von Verbrennungsanlagen vor, bei dem während des Betriebs der Feuerungsanlage im Feuerraumbereich kontinuierlich eine Calciumhydroxid-Suspension zugegeben wird.
Als Calciumhydroxid-Suspension kommt vorzugsweise eine 2-20%-ige Suspension, besonders bevorzugt eine etwa 10%-ige Suspension von Calciumhydroxid zum Einsatz.
Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn als Calciumhydroxid-Suspension eine wäßrige Suspension verwendet wird.
Die Zugabe erfolgt zweckmäßigerweise in einer Menge von 0,9 bis 2,7 Masse-% Calciumhydroxid, bezogen auf den Verbrennungsinput.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn der Calciumhydroxid- Suspension Zuschlagstoffe zugesetzt werden, insbesondere absorptionsfördernde Zusätze.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden der Calciumhydroxid-Suspension bis zu 10% absorptionsfördernde Zusätze zugegeben. Als Beispiel für einen derartigen Zusatz sei Herdofenkoks genannt.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Zufuhr der Calciumhydroxid-Suspension in einem Bereich der Feuerungsanlage erfolgt, bei welchem die Temperatur über 250° C liegt.
Wenn Calciumhydroxid-Suspension in der Brennkammer und/oder in der Nachbrennkammer zugeführt wird, geschieht dies mit Vorteil in einem Temperaturbereich von 800° C bis 1400° C. Es ist desweiteren möglich, insbesondere zusätzlich zu der vorbeschriebenen Vorgehensweise, eine Calciumhydroxid- Suspension im Bereich der Wärmetauscher, vorzugsweise am Eingangsbereich derselben, zuzudosieren, wobei in diesem Falle die Zugabe bei einem Temperaturbereich zwischen 250° C und 800° C erfolgen sollte.
Die Calciumhydroxid-Suspension wird vorzugsweise in Form von zumindest einem Sprühnebel in den Feuerraumbereich eingedüst. Die Dosierung kann hierdurch auf besonders einfache Weise exakt regelbar gestaltet werden.
Die Eindüsung der schadstoffbindenden Calciumhydroxid- Suspension, die gegebenenfalls noch Zuschlagstoffe enthalten kann, an einer oder mehreren Stellen in den Feuerungsraum kann beispielsweise durch druckluftgeregelte Düsensysteme erfolgen. Dadurch wird das schadstoffbindende Mittel weitestgehend homogen in dem heilen Reaktionsraum verteilt. Weiterhin gestattet das Düsensystem den Eintrag von sehr feinen Calciumhydroxid-Suspensions-Tröpfchen in den Feuerungsraum, aus denen sich in statunascendi-CaO-Partikel mit sehr grober Oberfläche als wirksames Reagenz bilden. Die Anzahl und Lage der Eindüsungsstellen hängen von der Größe und Geometrie des Feuerraumes, von der Verweilzeit der Schadgaskomponenten und des schadstoffbindenden Mittels im Reaktionsbereich sowie von der mittleren Konzentration der Schadstoffe ab. Dabei muß darauf geachtet werden, daß die Eindüsungsstelle bzw. -stellen relativ zur Position des oder der Brenner einen Abstand aufweisen, der grob genug ist, um einer thermischen Inaktivierung und Versinterung des Additivs vorzubeugen. Diese Form der Eindüsung gewährleistet die für eine hohe Umsatzrate des schadstoffbindenden Mittels mit den Schadgaskoponenten erforderliche hohe spezifische Oberfläche des schadstoffbindenden Mittels.
Das vorliegende Verfahren kann im Feuerraum von beliebigen Verbrennungsanlagen durchgeführt werden. Besonders geeignet ist das Verfahren für Altölfeuerungsanlagen, Hausmüll­ und/oder Sondermüllverbrennungsanlagen, Anlagen zur Wärme­ und/oder Energieerzeugung, wie Kohlekraftwerken, oder Anlagen zur thermischen Behandlung von Steinen und Erden, Glas, Keramik, Baustoffen und Metallen.
Wenn das schadstoffbindende Mittel mittels druckluftgeregelter Düsensysteme in den Verbrennungsraum eingebracht wird, herrscht in diesem vorzugsweise eine Temperatur von 600° C bis 1300° C vor.
Die beispielsweise in die Drehrohr- oder Rostfeuerräume von Müll- und/oder Sondermüllverbrennungsanlagen eingetragenen Mengen an schadstoffbindenden Mitteln betragen bevorzugterweise 0,5 bis 2 Masse-% bezogen auf die verbrannten Abfallstoffmengen. Sie lassen sich gegebenenfalls nach ausgewählten, kontinuierlich gemessenen Schadgaskonzentrationen im Verbrennungsabgas dem tatsächlichen Bedarf anpassen, womit ein kostenintensiver, überschüssiger Verbrauch an schadstoffbindendem Mittel vermieden werden kann.
Aufgrund der hohen Dissoziationstemperaturen der gebildeten Salze wird ein Teil der sauren Schadstoffe an die Feststoffphase gebunden und findet sich in deponierfähiger Form in der Schlacke wieder. Die im Rauchgasstrom durch das schadstoffbindende Mittel bedingte Feststoffphase hat reinigende Wirkung z. B. auf die Abhitzekesselflächen. Die darüber hinaus durch den Eintrag der Calciumhydroxid- Suspension verursachten möglichen Ablagerungen z. B. in Nachbrennkammern oder an Abhitzekesseln sind in ihren Eigenschaften porös und daher leicht entfernbar.
Der konstruktive und finanzielle Aufwand zur Ausrüstung von Verbrennungsanlagen, um sie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet zu machen, ist gering.
Das vorliegende Verfahren ist insbesondere geeignet, saure Schadstoffe wie Schwefeldioxid, Fluorwasserstoff oder Chlorwasserstoff aus einem Rohgas abzuscheiden. Daneben wird aber auch in Bezug auf halogenierte organische Schadgaskomponenten, wie beispielsweise polychlorierte Dibenzodioxine und -furane, eine beachtliche Abscheidung erzielt.
Die Erfindung betrifft des weiteren die Verwendung des vorbeschriebenen Verfahrens zur Verringerung saurer Schadgase im Rohgas, insbesondere von Müllverbrennungsanlagen.
Die Erfindung ermöglicht durch eine frühe Schadstoffeinbindung eine Kapazitätserweiterung bzw. Aufwertung von Verbrennungsanlagen, da die sauren Schadgase mengenmäßig nur mehr in geringerem Anteil in der Rauchgasreinigung anfallen und diese dadurch entlasten.
Die Calciumhydroxid-Suspension wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung als 10%-ige Suspension eingedüst. Dies kann in die Brennkammer, in die Nachbrennkammer oder am Eingang zum Kessel wahlweise einzeln oder kombiniert erfolgen. Dabei wird in der Regel insgesamt mit 0,9 bis 2,7 Masse-% Calciumhydroxid bezogen auf Verbrennungs-Input gearbeitet. Mit diesem Verfahren kann im Temperaturbereich von 800° C bis 1400° C im Verbrennungsraum sowie 250° C bis 800° C im Kesselbereich gearbeitet werden.
Durch das Versprühen von Calciumhydroxid-Suspensionen wird ein sehr guter Dispersionsgrad erreicht. Bei den o. g. Temperaturen bildet sich sofort fein verteiltes Calciumoxid (CaO) mit einer sehr groben reaktiven Oberfläche, welches unmittelbar Neutralisationsreaktionen mit sauren Schadgasen eingehen kann.
Ein großer Teil der Schadstoffe wird auf Grund der sehr hohen Dissoziationstemperaturen der gebildeten Salze an die Feststoffphase gebunden.
Ein grober Teil dieser Schadstoffe findet sich anschließend in der Schlacke in unbedenklicher Form wieder.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile lassen sich wie folgt zusammenfassen:
  • - bessere Handhabung, Dosierung, Förderbarkeit, Regelbarkeit des Schadstoffbindemittels in Abhängigkeit von der Schadgaskonzentration;
  • - genauere Konzentrationseinstellung möglich;
  • - verbesserte Dispergierbarkeit;
  • - Erhöhung der Einbindungsrate;
  • - Ablagerungen an Kesseln und anderen Einbauten und mögliche Anbackungen können zwar auftreten, diese sind jedoch sehr locker und leichter entfernbar, als übliche Ablagerungen.
Beispiel:
Es erfolgte die Eindüsung einer Kalkmilch-Suspension in den Drehrohrofen einer Müllverbrennungsanlage über einen längeren Zeitraum.
Der Einfluß der Calciumhydroxid-Suspension Zugabe im Feuerungsraum bewirkt eine nachweisbare Minderung des Schwefeldioxid-Gehaltes im Rohgas. Es wurden SO2 Absenkungen bis zu 40% beobachtet. Unterhalb eines Schwellenwertes von 300 bzw. 400 mg/m3 sind jedoch keine signifikanten Wirkungen erkennbar.

Claims (21)

1. Verfahren zur Reduzierung des Schadstoffgehalts im Rohgas von Verbrennungsanlagen, bei dem während des Betriebs der Feuerungsanlage im Feuerraumbereich kontinuierlich eine Calciumhydroxid-Suspension zugegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Calciumhydroxid-Suspension eine 2-20%-ige Suspension, vorzugsweise eine etwa 10%-ige Suspension, von Calciumhydroxid zum Einsatz kommt.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Calciumhydroxid-Suspension eine wäßrige Suspension verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 0,9 bis 2,7 Masse-% Calciumhydroxid, bezogen auf den Verbrennungsinput, zugegeben werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Calciumhydroxid- Suspension Zuschlagstoffe zugesetzt sind.
6. Verfahren Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Calciumhydroxid-Suspension absorptionsfördernde Zusätze als Zuschlagstoffe zugegeben sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 10 Gewichts-% absorptionsfördernde Zusätze zugegeben sind.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß als absorptionsfördernder Zusatz Herdofenkoks zugesetzt wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der Calciumhydroxid- Suspension in einem Bereich der Verbrennungsanlage erfolgt, in welchem die Temperatur über 250° C liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Calciumhydroxid-Suspension in einer Brennkammer und/oder in einer Nachbrennkammer der Verbrennungsanlage in einem Temperaturbereich von 800° C bis 1400° C eingegeben wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Calciumhydroxid-Suspension im Bereich der Wärmetauscher einer Verbrennungsanlage, vorzugsweise am Eingangsbereich derselben, zugegeben wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe bei einem Temperaturbereich zwischen 250° C und 800° C erfolgt.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Calciumhydroxid-Suspension in Form von zumindest einem Sprühnebel in den Feuerraumbereich eingedüst wird.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Calciumhydroxid-Suspension an einer Stelle oder mehreren Stellen durch druckluftgeregelte Düsensysteme in den Feuerraumbereich der Verbrennungsanlage eingebracht wird.
15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsanlagen Altölfeuerungsanlagen, Hausmüll- und/oder Sondermüll­ verbrennungsanlagen, Anlagen zur Wärme- und/oder Energieerzeugung, vorzugsweise Kohlekraftwerke, oder Anlagen zur thermischen Behandlung von Steinen und Erden, Glas, Keramik, Baustoffen und Metallen sind.
16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der reduzierte Schadstoff Schwefeldioxid ist.
17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der reduzierte Schadstoff Fluorwasserstoff, Chlorwasserstoff und/oder eine halogenierte organische Verbindung ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die halogenierten organischen Verbindungen polychlorierte Dibenzodioxine und/oder polychlorierte Dibenzofurane sind.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Calciumhydroxid-Suspension in einem Temperaturbereich von 600° C bis 1300° C in den Feuerraumbereich eingedüst wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß 0,5 bis 2 Masse-% Clciumhydroxid, bezogen auf den Verbrennungsinput, zugegeben werden.
21. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Verringerung saurer Schadgase im Rohgas, insbesondere von Müllverbrennungsanlagen.
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