DD247587A3

DD247587A3 - Bindung von schadstoffen aus abgasen kohlegefeuerter verbrennungsanlagen mittels asche

Info

Publication number: DD247587A3
Application number: DD25627283A
Authority: DD
Inventors: Horst Mueller; Roman Mueller; Guenter Kretzschmann; Rainer Strauss; Oskar Junge
Original assignee: Zittau Ing Hochschule
Priority date: 1983-11-03
Filing date: 1983-11-03
Publication date: 1987-07-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bindung von Schadstoffen aus Abgasen kohlegefeuerter Verbrennungsanlagen, wobei der Chemikalienzusatz reduziert wird und gleichzeitig eine Waermerueckgewinnung mit einem relativ hohen Exergieniveau moeglich ist. Die Erfindung ist vor allem bei braunkohlengefeuerten Waermeerzeugungsanlagen wie Kondensationskraft-, Heizkraft- und Heizwerken anwendbar. Durch Abkuehlung des Abgases bis unter den Taupunkt des Wasserdampfes im Abgas in einem Hybridwaermeuebertrager bestehend aus einer Kombination von Oberflaechenwaermeuebertrager und Mischwaermeuebertrager, im direkten Gegenstrom zu einer eingebrachten Kuehlfluessigkeit wird die Alkalitaet eines Teils der Aschebestandteile zur Neutralisation der sauer reagierenden Abgasbestandteile genutzt und gleichzeitig eine exergetisch hochwertige Waermerueckgewinnung realisiert.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft den Einsatz von Asche zur teilweisen Bindung von Schadstoffen aus Abgasen kohlegefeuerter Verbrennungsanlagen, wobei der Chemikalienzusatz reduziert wird sowie eine entsprechende Anordnung zur Durchführung. Die Erfindung ist vor allem bei braunkohlenbeheizten Wärmeerzeugeranlagen wie Kondensationskraft-, Heizkraft- und Heizwerken anwendbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Reinigung der Verbrennungsgase kann technologisch in eine Entstaubung und eine chemische Reinigung gegliedert werden. Bei kleinen Anlagen wird das Abgas oftmals ungereinigt, also unentstaubt und ohne chemische Behandlung in die Atmosphäre gestoßen.

Mittlere und auch Großanlagen wie Braunkohlenkraftwerke realisieren z.Z. auf jeden Fall eine Entstaubung der Abgase. In einigen Fällen schaltet man nach einer leistungsstarken Entstaubungsanlage auch chemische Reinigungen, wie Waschanlagen mit Neutralisationsmittel, nach.

International besteht der Trend, Abgase höchstmöglich zu entstauben. Es werden den bekannten Zyklonen und elektrostatischen Abscheidern teilweise Zellulose- und Schlauchfilter der verschiedensten Bauart nachgeschaltet, um das Abgas frei von Flugascheteilchen zu machen.

Auf Grund umfangreicher Forschungsergebnisse über Schadwirkungen von Abgasen sucht man international intensiv nach leistungsstarken Abgasreinigungsverfahren.

In jüngster Zeit sind viele Verfahren zur Reinigung von Abgasen bekannt geworden, welche sich fast ausschließlich auf Verbrennungsanlagen für Brennstoffe mit geringem Wassergehalt, wie Steinkohle-, Öl-, Gas- und die Müllverbrennung, beziehen.

Es sind Trockenverfahren mit Akzeptoren (DD-PS-111025) aber auch Abgaswaschverfahren (DE-OS 2110630 und 2735566) zum Abscheiden der Schadstoffe bekannt.

Bei den z.Z. bekannten Naßverfahren wird die Reinigung der Verbrennungsabgase nach der vorgeschalteten Entstaubung bis auf Ausnahmen mittels Chemikalieneinsatz realisiert. Kennzeichnend für alle Abgasreinigungsverfahren ist die Zielstellung nach einer erhöhten Abgasentstaubung. Dies trifft sowohl für Anlagen ohne als auch für Anlagen mit anschließender chemischer Reinigung der Abgase zu.

Ein spezielles Verfahren für ein Kraftwerk für Steinkohle mit speziellen Ascheeigenschaften sieht die chemische Reinigung der Abgase mit Hilfe der Flugasche und einer alkalischen Flüssigkeit vor, wobei das Abgas in einem Wäscher in der ersten Phase von den Ascheteilchen getrennt wird und die chemische Reinigung der aschefreien Abgase im Gegenstrom mit der im Kreislauf geführten Aschelösung unter möglichen Zusatz einer weiteren alkalischen Flüssigkeit erfolgt. Dabei ist die Abkühlung der Abgase durch die Waschflüssigkeit allein bei Abgasen mit so hohen Wasserdampfgehalten, wie sie bei der Verbrennung von Rohbraunkohle auftreten, nur mit einer großen Menge Waschflüssigkeit möglich, so daß die Bedingungen für eine Wärmerückgewinnung bzw. die Schadstoffbindung eingeschränkt werden und das Verfahren unrentabel arbeiten würde.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, im Abgas braunkohlenbeheizter Verbrennungsanlagen enthaltene Schadstoffe teilweise zu binden, wobei der Chemikalieneinsatz zu reduzieren ist. Die Abkühlung der Abgase ist dabei mit einer exergetisch hochwertigen Wärmerückgewinnung zu koppeln.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe besteht darin, daß durch die Nutzung von im Abgas befindlicher Flugasche das staubbeladene Abgas im direkten Gegenstrom zur zugeführten Kühl- und Waschflüssigkeit mit dem Ziel der Ascheabscheidung, Kühlung und Schadstoffbindung durch einen Hybridwärmeübertrager geführt wird. Im Hybridwärmeübertrager, bestehend aus einer Kombination von Kontakt- und Oberflächenwärmeübertrager, erfolgt die Abkühlung des Abgases bis unter den Taupunkt des im Abgas befindlichen Wasserdampfes, vorzugsweise 313 K bis 333K und die Reinigung des Abgases selbst.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, das Abgas unentstaubt bzw. in Abhängigkeit des spezifischen Flugascheanteils und des Schadstoffbindevermögens nur teilentstaubt, ggf. vorgekühlt einem Hybridwärmeübertrager zuzuführen.

In dem Hybridwärmeübertrager wird das Abgas zum einen durch eine zugeführte und verteilte Kühlflüssigkeit und zum anderen durch ein, vom Kühlmittel durchströmten Oberflächenwärmeübertrager bis unter den Taupunkt der Wasserbestandteile im Abgas, aber mindestens auf ca. 313 K bis 333 K, abgekühlt.

Ausführungsbeispiel

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll das Verfahren näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt: Figur 1: technologischer Aufbau eines Hybridwärmeübertragers zur Abgasreinigung mittels Flugasche

Das unentstaubte bzw. teilentstaubte Abgas wird mittels der Leitung 2 in einen Hybridwärmeübertrager 1, dereine Kombination von Oberflächenwärmeübertrager, mit den Kühlflächen und Mischwärmeübertrager, mit der in Kühlmittelleitung 4 geführten und über ein Verteilersystem 5 versprühten Kühlflüssigkeit, darstellt, bei Höhe 18 eingekleidet und im direkten Gegenstrom zur Kühlflüssigkeit, die bei Höhe 19 verteilt wird, nach oben geleitet.

Um den Neutralisationsprozeß zu aktivieren, befinden sich Rieseleinbauten 6 unterhalb der Höhe 18, die gemeinsam mit den Kühlflächen von 3 als Reaktionsfläche dienen. In die Kühlmittelleitung 4 ist eine Laugenleitung 7 eingebunden, über die mittels einer Laugendosiereinrichtung 8 und einer Laugendosierungsregelung 9 eine alkalische Flüssigkeit der Kühlflüssigkeit beigemischt wird.

Das entstehende Schadstoffkondensat wird zusammen mit der Kühlflüssigkeit und den suspendierten bzw. benetzten Ascheteilchen mittels einer Aschesuspensionsleitung 10 aus dem unteren Teil des Hybridwärmeübertragers 1 einer Filteranlage 11 zugeführt. Mittels einer Aschesuspensionsleitung 12 und einer Pumpe 13 wird mindestens ein Teil der Aschesuspension in die Kühlmittelleitung 4 und damit in den Hybridwärmeübertrager 1 zurückgeführt.

Die nicht zurückgeführte Aschelösung verläßt die Filteranlage 11 über Aschesuspensionsleitung 14.

Das staubbeladene Abgas tritt mit einer Temperatur von 373 K bis 423 K bei Höhe 18 in den Hybridwärmeübertrager 1 ein und gibt seine Enthalphie direkt an die oberen Kühlflächen des Oberflächenwärmeübertragers 3 sowie an das versprühte Kühlmedium ab und verläßt den Hybridwärmeübertrager 1 oberhalb des Verteilersystems 5 entstaubt und mit verminderter Schadstoffbelastung über die Leitung 15 mit einer Temperatur von 313 K bis 333 K.

Die über das Verteilersystem 5 eingebrachte Kühlflüssigkeit fungiert zusammen mit dem aus dem Abgas kondensierten Wasserdampf als Lösungsmittel für die gasförmigen Schadstoffe des Abgases sowie als Benetzungs- und Lösungsmittel für die Aschebestandteile des Abgases.

Das Abgaskondensat fungiert zusammen mit der zugeführten Kühlflüssigkeit als Lösungsmittel für die ebenfalls im Abgas vorhandenen Schadstoffe sowie als Benetzungs- und Lösungsmittel für die vom Abgas mitgeführten Ascheteilchen.

Während ein Teil der gelösten Schadstoffe, wie z. B. SO2, SO₃, Halogene und Stickoxide, chemisch sauer reagieren, tragen die im Abgaskondensat bzw. in der Kühlflüssigkeit suspendierten Alkali- und Erdalkalioxide der im Abgas enthaltenen Ascheteilchen chemisch basischen Charakter, so daß es im Hybridwärmeübertrager zu einer gewissen Chemosorption kommt, die durch die geregelte Zugabe weiterer gelöster, chemisch alkalischer Stoffe in die Kühlflüssigkeit verstärkt werden kann. Dieser Anteil geht gegen Null, wenn ausreichend Flugasche der erforderlichen Zusammensetzung im Abgas vorhanden ist.

Durch die direkte Gegenstromführung des staubbeladenen Abgases zur Kühlflüssigkeit und der Rezirkulation mindestens eines Teiles der Aschesuspension erhält man eine optimale Ausnutzung der alkalisch reagierenden Aschebestandteile.

Gleichzeitig ist durch gleichzeitige Kühlung des Abgases mittels Kontakt- und Oberflächenwärmeübertrager eine Nutzung der Abgaswärme, die an das Medium in den Kühlflächen des Oberflächenwärmeübertragerteils des Hybridwärmeübertragers abgegeben wird, mit einem relativ hohen Exergiegehalt möglich.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wurde durch die Kombination von an sich in der Technik bekannten Mitteln, wie Wärmerückgewinnung und Abgasreinigung, ein Verfahren entwickelt, daß entgegen den bekannten Reinigungsverfahren durch die gleichzeitige Abwärmenutzung und Nutzung der Flugaschebestandteile zur teilweisen Abgasreinigung volkswirtschaftlich rentabel arbeitet.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Bindung von Schadstoffen aus Abgasen kohlegefeuerter Verbrennungsanlagen, bei denen staubbeladenes Abgas in einem Hybridwärmeübertrager, bestehend aus einer Kombination von Oberflächenwärmeübertrager und Mischwärmeübertrager im direkten Gegenstrom von unten nach oben zu einer verteilten Kühlflüssigkeit geführt wird, wobei das Abgas bis unter den Taupunkt des im Abgas befindlichen Wasserdampfes, vorzugsweise 313 bis 333 K, abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abgaskondensat und in der Kühlflüssigkeit gelösten sauer reagierenden Schadstoffe, wie SO3, SO2, Halogene und Stickoxide, durch die ebenfalls im Abgaskondensat und in der Kühlflüssigkeit gelösten und suspendierten Alkali- und Erdalkalisubstanzen der aus dem Abgas entzogen bzw. zusätzlich der Flüssigkeit beigemischten Ascheteilchen teilweise neutralisiert werden und diesem Prozeß der Reinigung des Abgases ein Prozeß der Kühlung des Abgases überlagert ist, wobei eine Sekundärkühlflüssigkeit durch Oberflächenwärmeübertragung aufgewärmt wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Aschesuspension der Kühlflüssigkeit beigemischt wird und eine zusätzliche Laugendosierung in die Kühlflüssigkeit erfolgen kann und diese mit Aschesuspension oder Aschesuspension und Lauge gemischte Kühlflüssigkeit im direkten Gegenstrom zum Abgas von oben nach unten geführt wird.
3. Anordnung zur Bindung von Schadstoffen aus Abgasen kohlegefeuerter Verbrennungsanlagen in der das staubbeladene Abgas mittels einer Leitung (2) gemäß Figur 1 in einen Hybridwärmeübertrager (1) eingeleitet und das gereinigte Abgas über eine Leitung (15) aus dem Hybridwärmeübertrager (1) abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlmittelleitung (4) mit einer Laugenleitung (7), zu einer Aschesuspensionsleitung (12) und einem Verteilersystem (5) im Hybridwärmeübertrager verbunden ist, eine Aschesuspensionsleitung (10) den Hybridwärmeübertrager (1) mit einer Filteranlage (11) verbindet und einer Leitung (16) am Eintritt des Oberflächenwärmeübertragers (3) im Hybridwärmeübertrager (1) sowie eine Leitung (17) am Austritt angeschlossen sind.
4. Anordnung gemäß Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hybridwärmeübertrager (1) unten einen Anschluß für die Aschesuspensionsleitung (10), im unteren Teil Kühlflächen des Oberflächenwärmeübertragers (3), unmittelbar in Höhe der letzten Kühlflächen des Oberflächenwärmeübertragers (3) eine Zuführung der Abgasleitung (2), oberhalb der Zuführung der Abgasleitung (2) Rieseleinbauten (6), oberhalb der Rieseleinbauten (6) ein Verteilersystem (5) aufweist.
5. Anordnung gemäß Punkt 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aschesuspensionsleitung (10) mit einer Filteranlage (11) und diese Filteranlage (11) sowohl mit der Aschesuspensionsleitung (14) als auch mit der Aschesuspensionsleitung (12) und der Pumpe (13) mit der Kühlmittelleitung 4 verbunden ist.