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WO1997011139A1 - Verfahren zum betreiben einer verbrennungsanlage eines kohlekraftwerkes mit schmelzkammerfeuerung sowie danach arbeitende verbrennungsanlage - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer verbrennungsanlage eines kohlekraftwerkes mit schmelzkammerfeuerung sowie danach arbeitende verbrennungsanlage Download PDF

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WO1997011139A1
WO1997011139A1 PCT/DE1996/001721 DE9601721W WO9711139A1 WO 1997011139 A1 WO1997011139 A1 WO 1997011139A1 DE 9601721 W DE9601721 W DE 9601721W WO 9711139 A1 WO9711139 A1 WO 9711139A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coal
titanium
containing material
titanium dioxide
combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE1996/001721
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erich Hums
Horst Spielmann
Ralf Gilgen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Steag GmbH
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Steag GmbH
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Steag GmbH, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to AT96929184T priority Critical patent/ATE244292T1/de
Priority to JP9512311A priority patent/JP2989272B2/ja
Priority to DE59610578T priority patent/DE59610578D1/de
Priority to EP96929184A priority patent/EP0858495B1/de
Publication of WO1997011139A1 publication Critical patent/WO1997011139A1/de
Priority to US09/040,970 priority patent/US6067914A/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C10L9/00—Treating solid fuels to improve their combustion
    • C10L9/10—Treating solid fuels to improve their combustion by using additives
    • 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
    • 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
    • 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
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B5/00—Combustion apparatus with arrangements for burning uncombusted material from primary combustion
    • F23B5/02—Combustion apparatus with arrangements for burning uncombusted material from primary combustion in main combustion chamber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S44/00—Fuel and related compositions
    • Y10S44/905—Method involving added catalyst

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a combustion plant of a coal-fired power plant with melting chamber firing. It also relates to an incinerator to carry out the process.
  • Fly dust can be used as an additive in the construction industry. According to DE 31 28 903 AI, it has already been proposed to use various metal oxides as an additive to improve combustion in dry combustion.
  • the combustion temperature in the combustion chamber which in this case is also referred to as the melting chamber, is above the melting temperature of the ash. Under normal operating conditions, this is approx. 1500 ° C.
  • the ash melting temperature of the coal used for firing can vary widely and is essentially dependent on the content of aluminum oxide Al2O3 and silicate SiC> 2.
  • the majority of the ashes combine to form a melt flow at the bottom of the combustion chamber and are supplied to wet purifiers via outlet openings below. These are water basins in which the leaking liquid ash is caught and quenched.
  • the granulate is a renowned material in road construction and is used, for example, as bulk material, but also as a grit or blasting agent.
  • the fly ash entrained by the flue gas stream which can consist of up to 50% of combustible material (carbon and / or semi-burned hydrocarbons), is separated in the electrostatic filters.
  • the temperature of the combustion or melting chamber and the melting temperature of the ash must be coordinated for particularly effective melting chamber operation, ie complete burnout, rapid fuel conversion and avoidance of NO x formation.
  • the composition of the coal (depending on the composition, the ash melting temperature varies between 1300 ° C and 1700 ° C) determines the design of the coal-fired power plant, such as the size of the combustion chamber. By adding limestone, however, it is possible to lower the melting temperatures of the ash. Experience shows that by adding approx. 2% limestone to coal, the melting temperature of the ash can be reduced by approx. 100 ° C. This procedure provides a regulation for the operation of the furnace.
  • the fly ash is blown into the combustion chamber again via a separate fly ash recirculation in modern coal-fired power plants which operate according to the melting chamber method.
  • the entire ashes of the combustion or melting chamber accumulate as slag and can be disposed of in the usual way.
  • a complete burnout of the fuel is achieved by the fly ash recirculation, but the average residence time of a coal or ash particle in the combustion circuit increases.
  • the disadvantage is the maximum Throughput of coal and thus the possible output of the power plant is limited.
  • the invention is therefore based on the object of creating an inexpensive method for operating a coal-fired power plant, which works according to the method of melting furnace firing, with which the throughput of fuel and thus the performance of the power plant can be increased. This is to be achieved with an incineration plant suitable for carrying out the method using particularly simple means.
  • this object is achieved according to the invention in that a titanium-containing material is supplied to the coal in addition to the coal in order to accelerate the coal burnout.
  • titanium measured as titanium dioxide TiO 2
  • the invention is based on the observation that titanium dioxide can increase the burnout of the coal in the combustion chamber and thus the throughput of coal, which in turn leads to an increase in the performance of the power plant.
  • the viscosity and the melting temperature of the ash should not be changed significantly by the addition of titanium-containing materials.
  • titanium which is present as titanium dioxide under the conditions of the melting chamber, should not favor slag-like approaches behind the combustion chamber which adhere to pipes and walls. It has been shown that titanium dioxide lowers the melting point of the ash or slag. A sand-like, unmelted and non-sticking dust could thereby become a tough, flowing and sticky melt, which leads to higher cleaning costs and financial losses during the maintenance of the coal-fired power station.
  • the titanium dioxide is largely reflected in the liquid ash. finds.
  • titanium contents (measured as titanium dioxide) of less than about 3% in the total amount of coal and titanium-containing material supplied, the consistency of the slag-like preparations does not change, since the titanium dioxide is now practically only in the liquid ash.
  • the titanium dioxide content in the total amount of coal and titanium-containing materials added is at most 2.25%.
  • the supplied titanium-containing material advantageously consists of more than 50% titanium dioxide.
  • a titanium dioxide: carbon ratio of at least 1:99 is advantageous.
  • the titanium added is to a small extent excreted via fly ash, but predominantly via liquid ash. Since titanium dioxide is not toxic, not only the liquid ash, but also the fly ash can continue to be used as usual. If the coal-fired power plant works with a fly ash return, the fly ash formed is returned to the furnace, so that the titanium is practically exclusively excreted as titanium dioxide together with the liquid ash formed.
  • the titanium-containing material is advantageously added to the coal, after which it can be ground in a coal mill of the power plant and introduced into the combustion chamber of the power plant via a coal belt via the burners. However, the titanium-containing material can also be blown into the combustion chamber pneumatically, preferably via the fly ash return, in a particularly simple manner.
  • DeNO x catalysts used as titanium-containing material, ie DeNO x catalysts or waste products to be disposed of, e.g. B. the titanium processing industry used.
  • DeNO x catalysts there is a cheaper, environmentally friendly disposal route, since otherwise costs are incurred through landfilling or expensive reprocessing measures.
  • heavy metals in particular arsenic
  • Such leaching was not found in a DeNO ⁇ catalyst with 4.5% molybdenum, so that restrictions can only arise for catalysts with such a high molybdenum content.
  • the above-mentioned object is achieved by accelerating the
  • Coal burnout can be supplied via a separate feed line in addition to coal containing titanium-containing material.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a combustion plant of a coal-fired power plant with a melting chamber, a coal mill, a DeNO x plant and a granulate production
  • FIG. 2 shows a coal-fired power plant according to FIG. 1 with a fly ash return
  • FIG. 1 of a first exemplary embodiment of the invention is part of a coal-fired power plant (not shown in more detail).
  • It comprises a high-temperature combustion chamber designed as a melting chamber 2 with at least one burner 2a, and with a feed 2b, for example a conveyor belt for the coal K, and a fresh air line 4 guided over a compressor 3 A discharge line 5 for liquid ash F with a wet descaler 6 connected to it. It also comprises a flue gas line 7 and, in series with the flue gas line 7, a dust filter system 8 with a fly ash collector 9, a flue gas desulfurization system 10 and a catalytic denoxification system 11 The flue gas line 7 opens into a chimney 12.
  • the feed 2b is connected to a coal mill 13 which is connected to a feed shaft 14 of a coal store 15 and to a separate feed line 16 for adding titanium-containing material M.
  • the burn-out acceleration of the coal K in the combustion chamber 2 is adjusted via the amount of titanium-containing material M.
  • the coal K is conveyed from the coal store 15 via the feed shaft 14 into the coal mill 13.
  • the titanium-containing material M is either introduced via the feed line 16 and the feed shaft 14 or directly into the coal mill 13 and there, together with the coal K, is ground very finely.
  • Fuel B prepared in this way reaches the combustion chamber 2 via the feed 2b and the burner 2a, where it is burned with compressed air L supplied via the fresh air line 4.
  • the resulting flue gas RG flows via the flue gas line 7 into the dust filter system 8, where fly ash or fly dust S entrained by the flue gas is intercepted and discharged via the fly ash collector 9.
  • the liquid ash F collecting on the combustion chamber floor 2c is fed to the wet slipper 6 via the discharge line 5 and processed into granules G.
  • the fly ash S collected at the collector 9 can be used as usual. Up to 3% titanium-containing material M with a titanium dioxide content of more than 50% is advantageously used. Aggregates or impurities contained in this material M, e.g. Heavy metals are melted insoluble in the granules G obtained. These melt chamber granules G can be used as building material as usual.
  • the combustion system 1 also has
  • Melting chamber firing a fly ash return 20 on This opens directly into the combustion chamber 2 of the melting chamber furnace.
  • the fly ash S retained in the dust filter system 8 via the collector 9 is blown pneumatically into the combustion chamber 2 with the aid of an additional compressor 21.
  • titanium-containing, dust-finely ground material M is added to the fly ash S and passes into the combustion chamber 2 with it.
  • Fly ash return 20 is particularly effective burnout while simultaneously accelerating the throughput of coal K in the power plant. This increases the performance of the power plant.
  • Example 1 Used DeNO x catalysts are used as the titanium-containing material M and mixed with coal K.
  • a highly decarburized, high-ballast hard coal is used as coal K, which, according to its degree of decarburization and the proportion of volatile components, belongs to lean coal and lies on the border between lean coal and anthracite coal. The ashes of this coal show normal melting behavior.
  • the catalyst used consists of approximately 75% TiC> 2 and contains additional catalytic components (approximately 11% SiO2, approximately 8% WO3 and approximately 1.8% V2O5).
  • combustion tests are carried out in a combustion chamber 2.
  • the combustion chamber 2 is designed as a laboratory combustion chamber, each with a liquid ash extractor and a dry ash extractor.
  • the composition of the ash, the influencing of the slagging behavior of the coal by adding used catalyst, the influence of the catalyst fraction M on the slagging intensity of the heating surfaces behind the combustion chamber and the distribution of the catalyst material in the combustion residues are examined. An X-ray fluorescence analysis of these combustion residues is carried out.
  • FIGS. 3 to 7 show the test results for the combustion chamber with liquid ash extraction.
  • Curves c, d and e of FIGS. 5 to 7 show the percentage of active catalyst substances TiC> 2 (FIG. 5), V2O5 (FIG. 6) and WO3 (FIG. 7) in the slag F, in the fly ash S and in the slag-like approaches.
  • Another surprising result is that the catalyst is found primarily in the slag or liquid ash F (curve c, FIGS. 5 to 7) and partly in the fly ash S (curve d, FIGS. 5 to 7), but hardly in the slag-like form Approaches (curve e, Figures 5 to 7) takes place.
  • catalyst M ⁇ (0 to 3%) in the fuel, only the proportions of TiC> 2 (FIG. 5), V2O5 (FIG. 6) and WO3 increase
  • Example 2 Fly ash from an electrostatic precipitator of a coal-fired power plant with melting chamber firing is mixed with calcium carbonate (CaCC> 3) in a mass ratio of 100: 5. As a result, a melt can be obtained directly ("zero test”). The same mixture is mixed for comparison with used, finely ground DeNO x catalyst in such a way that the catalyst fraction is 1%. The mixture is melted at 1550 ° C for 20 minutes and quenched in water ("comparative sample”). 5 g of the granules G obtained are eluted with 50 g of H2O for 24 hours and the eluate is examined for traces of vanadium V, tungsten W and arsenic A ⁇ .
  • the amount of active catalyst substances (V, W) washed out from the comparison sample is below the detection limit ( ⁇ 0.1 mg / l).
  • the arsenic content is in the same range for both samples.

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Abstract

Die in der Verbrennungsanlage eines Kohlekraftwerkes vom Rauchgasstrom mitgerissene Flugasche besteht noch bis zu 50 % aus Brennbarem. Um einen hohen Wirkungsgrad durch vollkommenen Ausbrand zu erzielen, besitzen moderne Kohlekraftwerke mit Schmelzkammerfeuerung eine Flugasche-Rückführung in die Brennkammer. Damit erhöht sich aber die mittlere Verweildauer eines Kohle- bzw. Aschepartikels im Feuerungskreislauf. Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsanlage eines Kohlekraftwerkes, welches nach dem Verfahren der Schmelzkammerfeuerung arbeitet, sowie eine danach arbeitende Verbrennungsanlage mit einer Schmelzkammer vorgesehen, wobei zur Beschleunigung des Kohleausbrandes zusätzlich zur Kohle ein titanhaltiges Material zugeführt wird. Auf diese Weise wird der Durchsatz an Brennstoff erhöht, was zu einer Leistungssteigerung des Kraftwerkes führt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsanlage eines Kohle¬ kraftwerkes mit Schmelzkammerfeuerung sowie danach arbeitende Verbrennungsanlage
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsanlage eines Kohlekraftwerkes mit Schmelz¬ kammerfeuerung. Sie bezieht sich weiter auf eine Verbren- nungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.
Zum Betreiben einer Verbrennungsanlage von Kohlekraftwerken gibt es im wesentlichen zwei unterschiedliche Feuerungstech¬ niken, nämlich das Verfahren der Trockenfeuerung und das Ver- fahren der Schmelzkammerfeuerung. Bei der Trockenfeuerung liegt die Temperatur in der Brennkammer unterhalb der Schmelztemperatur der Asche. Die entstehende Asche wird des¬ halb nahezu vollständig vom Rauchgasstrom mitgerissen und setzt sich als Flugasche in nachgeschalteten Abscheidesyste- men, wie z.B. Elektrofiltern, ab. Die Flugasche oder der
Flugstaub kann als Zusatzstoff in der Bauindustrie eingesetzt werden. Der DE 31 28 903 AI zufolge ist bereits vorgeschlagen worden, zum Verbessern der Verbrennung bei Trockenfeuerung als ein Additiv verschiedene Metalloxide zu verwenden.
Bei der Schmelzkammerfeuerung liegt die Verbrennungstempera¬ tur in der Brennkammer, welche in diesem Fall auch als Schmelzkammer bezeichnet wird, oberhalb der Schmelztemperatur der Asche. Bei normalen Betriebsbedingungen sind dies ca. 1500°C. Die Ascheschmelztemperatur der zur Feuerung verwende¬ ten Kohle kann stark variieren und ist im wesentlichen vom Gehalt an Aluminiumoxid AI2O3 und Silikat SiC>2 abhängig. Der überwiegende Teil der Asche vereinigt sich zu einem Schmelz¬ fluß am Brennkammerboden und wird über Auslaßöffnungen darun- ter befindlichen Naßentschlackern zugeführt. Dies sind Was¬ serbecken, in denen die auslaufende Flüssigasche aufgefangen und abgeschreckt wird. Das dabei entstehende Granulat (= Schmelzkammergranulat) , welches im wesentlichen aus Alu¬ miniumsilikat besteht, weist eine grobe Struktur auf. Das Granulat ist ein begehrter Stoff im Straßenbau und wird bei¬ spielsweise als Schüttgut aber auch als Streu- oder Strahl- mittel verwendet . Die vom Rauchgasstrom mitgerissene Flug¬ asche, die bis zu 50 % aus brennbarem Material (Kohlenstoff und/oder halbverbrannten Kohlenwasserstoffen) bestehen kann, wird in den Elektrofiltern abgeschieden.
Für einen besonders effektiven Schmelzkammerbetrieb, d.h. vollkommener Ausbrand,schneller Brennstoffumsatz und Vermei¬ dung von NOx-Bildung, müssen die Temperatur der Brenn- oder Schmelzkammer und die Schmelztemperatur der Asche aufeinander abgestimmt sein. Die Zusammensetzung der Kohle (je nach Zu- sammensetzung variiert die Ascheschmelztemperatur zwischen 1300°C und 1700°C) bestimmt damit die Auslegung des Kohle- kraftwerkes, wie z.B. die Brennkammerdimensionierung. Durch Zumischen von Kalkstein ist es jedoch möglich, die Schmelz¬ temperaturen der Asche zu senken. Erfahrungen zeigen, daß durch eine Zumischung von ca. 2 % Kalkstein zur Kohle die Schmelztemperatur der Asche um ca. 100°C abgesenkt werden kann. Dieses Verfahren liefert fur den Betrieb der Feuerung ein Regulativ.
Um einen hohen Wirkungsgrad durch vollkommenen Ausbrand des Brennstoffs zu erzielen, wird in modernen Kohlekraftwerken, welche nach dem Verfahren der Schmelzkammerfeuerung arbeiten, die Flugasche über eine separate Flugasche-Rückführung erneut in die Brennkammer eingeblasen. In diesem Fall fällt die ge- samte Asche der Brenn- oder Schmelzkammer als Schlacke an und läßt sich auf die übliche Weise entsorgen.
Durch die Flugasche-Rückführung wird zwar ein vollkommener Ausbrand des Brennstoffs erzielt, jedoch erhöht sich die mittlere Verweilzeit eines Kohle- bzw. Aschepartikels in dem Feuerungskreislauf. Als Nachteil wird damit die maximale Durchsatzmenge an Kohle und damit die mögliche Leistung des Kraftwerks limitiert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein günstiges Verfahren zum Betreiben eines Kohlekraftwerkes, welches nach dem Verfahren der Schmelzkammerfeuerung arbeitet, zu schaf¬ fen, mit dem der Durchsatz an Brennstoff und damit die Lei¬ stung des Kraftwerks erhöht werden kann. Dies soll mit einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Verbrennungsanlage mit besonders einfachen Mitteln erreicht werden.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem zur Beschleunigung des Kohleausbrandes einer Schmelzkammer zusätzlich zur Kohle ein titanhaltiges Material zugeführt wird. Dabei sollte Titan, gemessen als Titandioxid Tiθ2, höchstens in einem Titandioxid:Kohle-Verhältnis von 3:97 vorliegen.
Die Erfindung geht dabei von der Beobachtung aus, daß Titan- dioxid den Ausbrand der Kohle in der Brennkammer und damit den Durchsatz an Kohle erhöhen kann, was wiederum zu einer Leistungssteigerung des Kraftwerks führt.
Für einen effektiven Feuerungsbetrieb soll die Viskosität und die Schmelztemperatur der Asche, wie eingangs erwähnt, durch die Zugabemenge an titanhaltigen Materialien nicht wesentlich verändert werden. Insbesondere soll die Zugabe an Titan, das unter den Bedingungen der Schmelzkammer als Titandioxid vor¬ liegt, verschlackungsartige Ansätze hinter der Brennkammer, die sich an Rohren und Wänden festsetzen, nicht begünstigen. Es hat sich gezeigt, daß Titandioxid den Schmelzpunkt der Asche bzw. der Schlacke senkt. Aus einem sandartigen, nicht geschmolzenen und nicht haftenden Staub könnte dadurch eine zähe, fließende und haftende Schmelze werden, die zu höheren Reinigungskosten und finanziellen Einbußen während der War¬ tung des Kohlekraftwerks führt. Es wurde jedoch gefunden, daß sich das Titandioxid weitgehend in der Flüssigasche wieder- findet. Bei Titangehalten (gemessen als Titandioxid) unter etwa 3 % in der zugefuhrten Gesamtmenge an Kohle und titan¬ haltιgem Material wird erreicht, daß sich die Konsistenz der verschlackungsartigen Ansätze nicht ändert, da sich das Ti- tandioxid nun praktisch nur in der Flussigasche befindet. In vorteilhafter Ausgestaltung betragt der Titandioxidanteil in der zugegebenen Gesamtmenge an Kohle und titanhaltigen Mate¬ rialien höchstens 2,25 %.
Dieser Befund ist überraschend, denn auch geringere Titandi- oxidanteile in der Mischung aus Kohle und titanhaltigen Mate¬ rialien fuhren bei einem Kohlekraftwerk mit Trockenfeuerungs- anlage bereits zu einer erheblichen Intensivierung der Ver¬ schlackung hinter der Brennkammer und zu einer fließenden Konsistenz der Schlacke. Solche titanhaltigen Zusätze sind daher besonders fur den Betrieb eines Kohlekraftwerkes mit Schmelzkammerfeuerung geeignet.
Vorteilhaft besteht das zugefuhrte titanhaltige Material zu mehr als 50 % aus Titandioxid. Dadurch kann selbst bei einer kleinen Zugabemenge eine Beschleunigung des Kohleausbrandes erzielt werden. Vorteilhaft ist dabei ein Titandioxid:Kohle- Verhältnis von mindestens 1:99.
Bei einer Kraftwerksanlage ohne Flugasche-Rückführung in die Schmelzkammer wird nach einem Ausführungsbeispiel der Erfin¬ dung das zugegebene Titan als Titandioxid zu einem geringen Teil über Flugasche, überwiegend aber über Flussigasche aus¬ geschieden. Da Titandioxid nicht toxisch wirkt, kann nicht nur die Flussigasche, sondern auch die Flugasche wie üblich weiter verwendet werden. Arbeitet das Kohlekraftwerk mit ei¬ ner Flugaεche-Ruckfuhrung, wird die entstehende Flugasche m die Feuerung zurückgeführt, so daß das Titan praktisch aus¬ schließlich alε Titandioxid zusammen mit der entstehenden Flussigasche ausgeschieden wird. Das titanhaltige Material wird vorteilhafterweise der Kohle beigemischt, anschließend kann es mit dieser in einer Kohle- muhle des Kraftwerkes vermählen und über em Kohleband über die Brenner in die Brennkammer des Kraftwerks eingeführt wer- den. Besonders einfach kann das titanhaltige Material aber auch pneumatisch in die Brennkammer, vorzugsweise über die Flugasche-Rückführung, eingeblasen werden.
In vielen Fallen kann es auch vorteilhaft sein, die Flüssig- asche am Brennkammerboden in einen Naßentschiacker zu leiten und zu Granulat zu verarbeiten. Dadurch können Zuschlagstoffe im beigemischten titanhaltigen Material gefahrlos in das ent¬ stehende Granulat eingeschmolzen werden.
Eine Gefahr fur die Umwelt bei Verwendung des Granulats als Baumaterial besteht nicht, weil die eingeschmolzenen Zu¬ schlagstoffe, wie z.B. Schwermetalle, unlöslich in daε Granu¬ lat eingebunden sind.
Bei einer besonders vorteilhaften Variante des Verfahrens werden als titanhaltigeε Material gebrauchte, d.h. zu entsor¬ gende DeNOx-Katalysatoren oder Abfallprodukte, z. B. der ti- tanverarbeitenden Industrie, verwendet. Fur gebrauchte DeNOx- Katalysatoren entsteht dabei ein billiger, umweltgerechter Entsorgungεweg, da ansonsten Kosten durch Deponierung oder teuere Wiederaufbereitungsmaßnahmen anfallen. Lediglich fur bestimmte, weitgehend aus Titandioxid bestehende Katalysato¬ ren, die 10 % Molybdän oder mehr enthalten, hat sich gezeigt, daß Schwermetalle (insbesondere Arsen) aus einem derart er- zeugten Granulat in einem nachweisbaren Umfang ausgelaugt werden können. Bei einem DeNOχ-Katalysator mit 4,5 % Molybdän wurde ein derartiges Auslaugen jedoch nicht gefunden, so daß sich lediglich fur Katalysatoren mit derart hohem Molybdan- Gehalt Einschränkungen ergeben können.
Auch fur die titanverarbeitende Industrie - m der BRD werden ca. 300.000 bis 400.000 Tonnen Titandioxid jährlich produ- ziert - bietet sich das Verfahren als em gunstiger Entsor¬ gungsweg fur die Abfallprodukte, wie z.B. Titanschlacke, an.
Bezüglich der Verbrennungsanlage mit einer Schmelzkammer wird die genannte Aufgabe gelost, indem zur Beschleunigung des
Kohleausbrandes über eine separate Zufuhrungsleitung zusätz¬ lich zu Kohle em titanhaltiges Material zufuhrbar ist.
Zwei alternative Ausgestaltungen der Verbrennungsanlage sind in den Ansprüchen 15 und 16 angegeben.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeich¬ nung naher erläutert. Darm zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungsan¬ lage eines Kohlekraftwerks mit einer Schmelzkammer, einer Kohlemuhle, einer DeNOx-Anlage und einer Gra¬ nulaterzeugung;
FIG 2 em Kohlekraftwerk gemäß Figur 1 mit einer Flug¬ asche-Rückführung;
FIG 3 in einem ersten Diagramm die Masse an Flugasche bei steigender Zugabe von verbrauchtem Katalysatormate- nal;
FIG 4 in einem zweiten Diagramm den brennbaren Anteil in der Flugasche als Funktion des Katalysatoranteils m der Kohlemiscnung; und
FIG 5 - 7 m einem dritten, vierten bzw. fünften Diagramm den Gehalt an Katalysatorbestandteilen (T1O2, V2O5, WO3 ) emes DeNOx-Katalysators in der Schlacke, in der Flugasche bzw. m den schlackeartigen Abεchei- düngen an der Brennkammer nachgeordneten Bauteilen, jeweils als Funktion deε Katalysatoranteils in der Kohlemiεchung. Die in Figur 1 dargestellte Verbrennungsanlage 1 eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist Teil eines nicht näher dargestellten Kohlekraftwerkeε. Sie umfaßt eine alε Schmelz¬ kammer 2 auεgebildete Hochtemperaturbrennkammer mit minde- stens einem Brenner 2a, und mit einer Zuführung 2b, z.B. ei¬ nem Förderband für die Kohle K, sowie eine über einen Ver¬ dichter 3 geführte Frischluftleitung 4. Sie umfaßt weiter ei¬ ne Abzugsleitung 5 für Flussigasche F mit einem daran ange¬ schlossenen Naßentschiacker 6. Sie umfaßt ferner eine Rauch- gasleitung 7 und in der Rauchgasleitung 7 in Serie geschaltet eine Staubfilteranlage 8 mit einem Flugaschesammler 9, eine Rauchgasentschwefelungsanlage 10 und eine katalytische Ent- stickungsanlage 11. Die Rauchgasleitung 7 mündet in einen Ka¬ min 12. Die Zuführung 2b ist an eine Kohlemühle 13 ange- schlössen, die einem Zuführschacht 14 eines Kohlelagers 15 und mit einer separaten Zuführungsleitung 16 zur Zugabe ti¬ tanhaltigen Materials M verbunden ist. Über die zugeführte Menge an titanhaltigern Material M wird dabei die Ausbrandbe¬ schleunigung der Kohle K in der Brennkammer 2 eingestellt. Beim Betrieb des Kohlekraftwerks wird die Kohle K vom Kohle¬ lager 15 über den Zuführschacht 14 in die Kohlemühle 13 ge¬ fördert. Das titanhaltige Material M wird entweder über die Zuführungsleitung 16 und den Zuführschacht 14 oder direkt in die Kohlemühle 13 eingeführt und dort zusammen mit der Kohle K staubfein zermahlen. Derart aufbereiteter Brennstoff B ge¬ langt über die Zuführung 2b und den Brenner 2a in die Brenn¬ kammer 2. Dort wird er mit über die Frischluftleitung 4 zuge¬ führter verdichteter Luft L verbrannt. Entstehendes Rauchgas RG strömt über die Rauchgasleitung 7 in die Staubfilteranlage 8, wo vom Rauchgas mitgerissene Flugasche oder Flugstaub S abgefangen und über den Flugaschesammler 9 abgeführt wird. Das nun praktisch staubfreie Rauchgas RG gelangt zur Rauch¬ gasentschwefelungsanlage 10 und über die allgemein als DeNOx- Anlage bezeichnete Entstickungsanlage 11 in den Kamin 12. O 97/11139 PC17DE96/01721
8
Die sich am Brennkammerboden 2c sammelnde Flüssigasche F wird über die Abzugsleitung 5 dem Naßentschiacker 6 zugeführt und zu Granulat G verarbeitet.
Die am Sammler 9 gesammelte Flugasche S kann wie üblich ver¬ wertet werden. Vorteilhaft wird biε zu 3 % titanhaltiges Ma¬ terial M mit einem Titandioxidgehalt von mehr als 50 % ver¬ wendet. In diesem Material M enthaltene Zuschlagstoffe oder Verunreinigungen, wie z.B. Schwermetalle, werden unlöslich in das gewonnene Granulat G eingeschmolzen. Dieses Schmelzkam¬ mergranulat G kann wie üblich als Baumaterial verwendet wer¬ den.
In einem bevorzugten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfin- dung gemäß Figur 2 weist die Verbrennungsanlage 1 mit
Schmelzkämmerfeuerung eine Flugasche-Rückführung 20 auf. Diese mündet direkt in die Brennkammer 2 der Schmelzkammer- feuerung. Die in der Staubfilteranlage 8 über den Sammler 9 zurückgehaltene Flugasche S wird pneumatisch mit Hilfe eines zusätzlichen Verdichters 21 in die Brennkammer 2 eingeblasen. Über eine separate Zuführungsleitung 22 wird titanhaltiges, staubfein gemahlenes Material M der Flugasche S beigemischt und gelangt mit dieser in die Brennkammer 2. Durch Zugabe von titanhaltigern Material M in die Brennkammer 2 deε Kohlekraft- werks mit Schmelzkammerfeuerung in Kombination mit einer
Flugasche-Rückführung 20 wird besonders effektiver Ausbrand bei einer gleichzeitigen Beschleunigung des Durchsatzes an Kohle K im Kraftwerk erzielt. Dies steigert die Leistung des Kraftwerks.
In der Flugasche S enthaltene, mit Schwermetall belaεtete Zu¬ schläge sowie Titandioxid werden unlöslich in das entεtehende Schmelzkammergranulat G eingebunden. Auf diese Weiεe können verbrauchte DeNOx-Katalyεatoren mit mehr als 50 % TiC>2 pro- blemlos entsorgt werden. Im folgenden werden Untersuchungsergebnisse erläutert . Darin bedeuten Teile Massenanteile.
Beispiel 1: Als titanhaltiges Material M werden verbrauchte DeNOx-Katalysatoren verwendet und mit Kohle K vermischt. Als Kohle K wird eine hochentkohlte, ballastreiche Steinkohle verwendet, die nach ihrem Entkohlungsgrad und dem Anteil an flüchtigen Bestandteilen zu den Magerkohlen gehört und an der Grenze zwischen Magerkohlen und Anthrazitkohlen liegt. Die Asche dieser Kohle zeigt ein normales Schmelzverhalten. Der verwendete Katalysator besteht zu etwa 75 % aus TiC>2 und ent¬ hält weitere katalytische Komponenten (ca. 11 % Siθ2, ca. 8 % WO3 und ca. 1,8 % V2O5).
Bei einem Katalysatoranteil M^ von 0 %, 1 % und 3 % in der Mischung aus Katalysatormaterial und Kohle werden Verbren¬ nungsversuche in einer Brennkammer 2 durchgeführt. Die Brenn¬ kammer 2 ist als Laborbrennkammer jeweils mit einem Flüssig¬ ascheabzug und einem Trockenascheabzug ausgebildet. Unter- sucht werden die Zusammensetzung der Asche, die Beeinflussung des Verschlackungsverhaltens der Kohle durch Zusatz von ver¬ brauchtem Katalysator, der Einfluß des Katalysatoranteils M auf die Verschlackungsintensität der Heizflächen hinter der Brennkammer sowie die Verteilung des Katalysatormaterials in den Verbrennungsrückständen. Es wird eine Röntgen-Fluores- zenz-Analyεe dieser Verbrennungsrückstände durchgeführt.
Figuren 3 bis 7 zeigen die Untersuchungsergebnisse beispiel¬ haft für die Brennkammer mit Flüssigascheabzug. Figur 3 zeigt die bei der Verbrennung entstehende Maεεe an Flugaεche S^ pro Kilogramm Kohle als Funktion des zugeführten Katalysatoran¬ teils Mjζ. Es zeigt sich, daß bis zu einem Katalyεatoranteil Mjζ von 3 % sich die Masse der Flugasche S^ nicht verändert (Kurve a) . Überraschenderweise zeigt sich aber sehr deutlich, daß der Katalysatoranteil den Ausbrand der Kohle (gemessen an dem Anteil Bg an Brennbarem in der Flugasche) verbesεert (Kurve b in Figur 4) . Bei einem Katalysatoranteil Mj^ von 3 % in der Mischung aus Kohle und Katalysator verringert sich der Anteil Bg an Brennbarem in der Flugasche gegenüber M^ = 0 % von 50 % auf 30 %.
Die Kurven c, d und e der Figuren 5 bis 7 zeigen den prozen¬ tualen Anteil der aktiven Katalysatorsubstanzen TiC>2 (Figur 5), V2O5 (Figur 6) und WO3 (Figur 7) in der Schlacke F, in der Flugasche S bzw. in den verschlackungsartigen An¬ sätzen. Ein weiteres überraschendes Ergebnis ist, daß sich der Katalysator vor allem in der Schlacke oder Flüssigasche F (Kurve c, Figuren 5 bis 7) und teilweise in der Flugasche S (Kurve d, Figuren 5 bis 7), aber kaum in den verschlackungs¬ artigen Ansätzen (Kurve e, Figuren 5 bis 7) findet. Mit wach¬ sendem Katalysatoranteil Mκ (0 bis 3 %) im Brennstoff nehmen nur die Anteile an TiC>2 (Figur 5), V2O5 (Figur 6) und WO3
(Figur 7) in der Schlacke F und in der Flugasche S deutlich zu. In den verschlackungsartigen Ansätzen hinter der Brenn¬ kammer bleiben sie aber praktisch unverändert.
In dem Abkühlungsbereich wird kein einziges Mal eine intensi¬ vere Verschlackung hinter der Brennkammer festgestellt (Tabelle 1). Die kleinen Mengen an verschlackungsartigen An¬ sätzen hinter der Brennkammer sind in jedem Fall weich, nicht geschmolzen und nicht haftend. Die Tatsache, daß der zusätz- liehe Katalysatoranteil bis 3 % hinter der Brennkammer mit flüssigem Ascheabzug keine Veränderung des Verschlackungsver- haltens verursacht, ist dadurch zu erklären, daß sich der Ka¬ talysator kaum in den Ansätzen wiederfinden läßt.
Die Untersuchungen, welche in der Laborbrennkammer mit trok- kenem Ascheabzug (Trockenfeuerung) durchgeführt werden, zei¬ gen deutlich, daß die Ansatzbildung bei wachsendem Katalysa¬ toranteil stark intensiviert wird (Tabelle 1). Die Ansätze hinter der Brennkammer mit trockenem Ascheabzug weisen eine harte geschmolzene Struktur auf und zeigen schon in der Brennkammer ein deutlicheε Fließverhalten.
Figure imgf000013_0001
Beispiel 2 : Flugasche aus einem Elektrofilter eines Kohle¬ kraftwerks mit Schmelzkammerfeuerung wird mit Kalciumkarbonat (CaCC>3) in einem Masseverhältnis von 100:5 gemischt. Dadurch kann direkt eine Schmelze erhalten werden ("Nullprobe"). Die gleiche Mischung wird zum Vergleich mit εtaubfein gemahlenem, gebrauchtem DeNOx-Katalyεator in einer εolchen Weiεe ver¬ mengt, daß der Katalyεator-Anteil 1 % beträgt. Die Mischung wird bei 1550 °C 20 Minuten lang geschmolzen und in Wasser abgeschreckt ("Vergleichsprobe"). Jeweilε 5 g des erhaltenen Granulats G werden 24 Stunden mit 50 g H2O eluiert und das Eluat auf Spuren von Vanadium V, Wolfram W und Arsen Aε un¬ tersucht.
Die aus der Vergleichsprobe ausgewaschene Menge der aktiven Katalysatorsubεtanzen (V, W) liegt unterhalb der Nachweiε- grenze (< 0,1 mg/l). Der Arsengehalt liegt bei beiden Proben im gleichen Bereich.

Claims

O 97/11139 PC-7DE96/0172112 Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsanlage eines Kohlekraftwerkes, welches nach dem Verfahren der Schmelzkam- merfeuerung arbeitet, wobei zur Beschleunigung des Kohleaus¬ brandes einer Schmelzkammer (2) zusätzlich zu Kohle (K) ein titanhaltiges Material (M) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Titan, ge¬ messen als Titandioxid TiC>2, höchstens in einem Titandi¬ oxid:Kohle-Verhältnis von 3:97, vorliegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Titandioxid-Anteil in der zugeführten Gesamtmenge aus Kohle (K) und titanhaltigem Material (M) höchstens 2,25 % beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 biε 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß daε titanhaltige Material (M) zu mehr alε 50 % aus Titandioxid besteht .
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verhältnis des überwiegend titandioxidhaltigen Materialε zur Kohle unter 3:97 liegt.
6. Verfahren nach einem der Anεprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Titandioxid:Kohle-Verhältniε mindestens 1:99 beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß daε Titandioxid zu einem Teil über Flugasche (S) und zum anderen Teil über Flüssigasche (F) ausgeschieden wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei der Verbrennung entstehende Flugasche (S) in die Schmelzkam¬ mer (2) zurückgeführt und das Titan als Titandioxid zusammen mit Flüssigaεche (F) ausgeεchieden wird.
9. Verfahren nach Anεpruch 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das titanhaltige Material (M) der Kohle (K) beigemischt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß daε titanhaltige Material (M) pneumatiεch in die Schmelzkammer (2), vorzugεweiεe über eine Flugaεche-Rückführung (20), ein- geblasen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 7 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Flüssigasche (F) in einem Naßentschiacker (6) zu Granulat (G) verarbeitet wird, in dem das Titandioxid eingeschmolzen ist.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als titanhaltiges Material (M) zu entsorgende DeNOx-Katalysatoren verwendet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als titanhaltiges Material (M) titanhaltige Abfallprodukte ver- wendet werden.
14. Verbrennungεanlage (1) für ein Kohlekraftwerk, mit einer Schmelzkammer (2), wobei zur Beεchleunigung deε Kohleausbran¬ des über eine separate Rückführungεleitung (16, 22) der Schmelzkammer zuεätzlich zu Kohle (K) ein titanhaltiges Mate¬ rial (M) zuführbar ist.
15. Verbrennungsanlage (1) nach Anεpruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das titan¬ haltige Material (M) gemeinsam mit der Kohle (K) als ein Brennstoff (B) über eine Zuführung (2b) der Schmelzkammer (2) zuführbar ist.
16. Verbrennungsanlage (1) nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das titan¬ haltige Material (M) über eine an eine der Schmelzkammer (2) rauchgasεeitig nachgeschaltete Staubfilteranlage (8) ange¬ schlossene Flugasche-Rückführung (20) der Schmelzkammer (2) zuführbar ist.
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