DE69215807T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung von Verunreinigungen aus einem Verbrennungsgas - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung von Verunreinigungen aus einem VerbrennungsgasInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen aus einem Verbrennungsgas vom Nachverbrennungstyp, insbesondere zum Entfernen von Schwefeldioxid (SO&sub2;) und Stickoxiden (NOx).
- Im allgemeinen erfolgt bei den genannten Typen von Verfahren die Entfernung von Schwefeldioxid durch thermochemische Reaktionen, sogar bei Abwesenheit von Energieübertragung auf das Gas, und durch Radikalreaktionen bei Vorliegen von Energieübertragung auf das Gas.
- Es sind Nachverbrennungsverfahren bekannt, von denen bei einigen die Technik von selektiver katalytischer Reduktion von Stickoxiden durch die Injektion von Ammoniak (NH&sub3;) angewendet und bei anderen Stickoxide und Schwefeloxide durch Energieübertragung zu dem Verbrennungsgas entfernt werden; bei den letzteren Verfahren wird allgemein zuerst eine Wechselwirkung zwischen dem Gas und Elektronen von geeigneter Energie bewirkt, um das Schwefeldioxid und Stickoxid jeweils in Schwefelsäure (H&sub2;SO&sub4;) und Salpetersäure (HNO&sub3;) umzuwandeln, anschließend erfolgt eine Zugabe von Ammoniak zum Reduzieren der Säuren zu Ammoniaksalz und zuletzt eine Entfernung der Salze in einem elektrostatischen Abscheider und/oder Beutelfiltersystem.
- Die oben genannten Verfahren ermöglichen ein gutes Ausmaß der Reduktion von Stickoxiden, haben jedoch die Nachteile hoher Kosten, begrenzter Dauer, Austreten von Ammoniak in die Atmosphäre und hoher Lastverluste im Gaskreislauf. Weiter sind nasse Nachverbrennungs-"Gaswäsche"-Verfahren bekannt, die jedoch die Schwierigkeit aufweisen, die Lösung und/oder den Sulfate und Nitrate enthaltenden Schlamm zu entsorgen, und es notwendig machen, das Verbrennungsgas vor seiner Abgabe in die Atmosphäre zu erhitzen.
- Eine neue Technik, genannt plasmainduzierte DeNOx, DeSOx, die hauptsächlich Stickoxide und Schwefeloxide auf der Basis einer Gasanregung entfernen kann, befindet sich seit 1985 in mehreren Laboren in der Entwicklung. Bei dieser Technik werden freie Elektronen mit einer Energie im Bereich von 4-20 eV erzeugt, indem eine sehr kurze Impulsspannung (200 - 1000 ns) an eine belastete Elektrodenstruktur wie eine Drahtplatte oder einen Drahtzylinder angelegt wird. Die so erzeugten freien Elektronen dissozieren einen Teil der in dem Gas vorhandenen Wasser- und Sauerstoffmoleküle, und freie Radikale werden erzeugt. Die Radikale wandeln 10 - 20% von in dem Gas vorhandenem SO&sub2; in Schwefelsäure um; wandeln etwa 70% von NO in NO&sub2; um und entfernen etwa 20% von NOx. Bei diesem Vorgang wird Ammoniak dem Gas zugegeben, um die erzeugten Säuren in Ammoniumsalze umzuwandeln, 502 über eine thermochemische Reaktion zu entfernen und die Entfernung von NOx durch heterogene Reaktionen zu verstärken.
- Bei der plasmainduzierten DeNox DeSOx-Technik wird der größte Teil von SO&sub2; durch thermochemische Reaktion zwischen Ammoniak, SO&sub2;, H&sub2;O und O&sub2; entfernt; diese Reaktion ist spontan, und ihre Geschwindigkeit erhöht sich, wenn die Temperatur des Gases abnimmt. Durch diese Reaktion wird SO&sub2; hauptsächlich in neutrales Ammoniumsulfat und saures Ammoniumsulfat umgewandelt. Die Bildung des sauren Ammoniumsulfats stellt ein großes Problem dar, da nicht das gesamte dem flüssigen Gas zugegebene Ammoniak reagiert und eine große Konzentration von NH&sub3; (Hunderte von ppmv) am Auslaß des Prozesses vorliegt. Dieser Mangel kann nicht durch Verringern der Menge von injiziertem Ammoniak beseitigt werden, aber das Austreten von NH&sub3; kann durch Installieren eines Beutelfilters am Ende des Prozesses reduziert werden (Zehner von ppmv). Aufgrund des physikalischen Verhaltens von Ammoniaksalz (klebrig) wird der Beutelfilter schnell verstopft, und vom industriellen Standpunkt gesehen treten Wartungsprobleme auf.
- In der folgenden Beschreibung wird das "Verbrennungsgas" einfach als "Gas" gezeichnet.
- Das erfundene Verfahren, wie in den Patentansprüchen gekennzeichnet, beseitigt den größeren Teil der oben aufgeführten Mängel; zum Beispiel erfolgt kein Austreten von Ammoniak mehr.
- Das Verfahren umfaßt die aufeinanderfolgenden Phasen:
- a) Ansaugen des Gases und Kühlen des Gases auf etwa 110ºC mit versprühtem Wasser in mindestens einer ersten Kühlkammer oder in dem Gasströmungskanal,
- b) Entfernen von bis zu ca. 90% der in dem Gas vorhandenen Flugasche in mindestens einem ersten elektrostatischen Abscheider,
- c) weiteres Kühlen des Gases, um die Temperatur auf etwa 80ºC zu bringen,
- d) in mindestens einer Reaktionskammer, in der trockenes Ammoniak dem Gas zugefügt wird, gleichzeitiges Anregen des Gases durch Spannungsimpulse derart, daß Radikale in dem Gas erzeugt werden und als Folge die für die Entfernung eines Teils der Stickoxide und Schwefeloxide erforderlichen Radikalreaktionen ablaufen;
- wobei die folgenden Phasen e), f) diejenigen sind, die die Erfindung kennzeichnen:
- e) Halten der Temperatur des Gases in der mindestens einen Reaktionskammer bei etwa 100ºC, um die thermochemische Umwandlung von Schwefeldioxid in teilweise saure Sulfite und Sulfate zu reduzieren;
- f) in mindestens einer Injektionskammer Injizieren einer Lösung aus Wasserstoffperoxid in das Gas, um den Schwefeldioxidrückstand in Schwefelsäure umzuwandeln, die mit dem Ammoniak zur Bildung von Ammoniumsulfat reagiert; die Konzentration von Wasserstoffperoxid in den Rauchgasen bleibt im Bereich des 0,7-fachen der Konzentration des am Einlaß der Anlage vorhandenen SO&sub2;;
- g) in mindestens einem zweiten elektrostatischen Abscheider Zurückhalten des Ammoniumsulfats;
- h) ggf. in mindestens einer Filterkammer, die mit geeigneten Filtern versehen ist, Bewirken von chemischen Reaktionen in heterogener Phase, um die Entfernung von Stickoxiden zu verbessern.
- Eine zum Umsetzen des Verfahrens in die Praxis ausgelegte Anlage umfaßt:
- i) eine Kühlkammer, die mit Mitteln zum Injizieren von versprühtem Wasser in das durchlaufende Gas versehen ist, um die Temperatur des Gases auf etwa 110ºC abzukühlen,
- ii) mindestens einen ersten elektrostatischen Abscheider zum Entfernen von bis zu 90% der Flugasche aus dem durchlaufenden Gas;
- iii) eine Kühlkammer zum Absenken der Temperatur des Gases auf etwa 80ºC;
- iv) mindestens eine Reaktionskammer ähnlich einem elektrostatischen Abscheider mit verdrahteter Platte, wobei dieser eine positive Impulsspannung mit einstellbarer Wiederholungsfreguenz zu geführt wird und dieselbe mit Mitteln zum Injizieren von trockenem Ammoniak in das durchlaufende Gas versehen ist; innerhalb der Reaktionskammer werden die für die Umwandlung der Stickoxide und Sulfatoxide benötigten Radikale durch Elektronen erzeugt, die durch die elektrischen Impulsfelder erzeugt werden; aufgrund dessen, daß die Temperatur des Gases beim Eintreten höher als 80ºC ist und aufgrund der übertragung von Energie auf das Gas, wird die Durchschnittstemperatur des Gases in der Reaktionskammer auf 100ºC gebracht, und deshalb wird die thermochemische Umwandlung von Schwefeldioxid zu teilweise sauren Sulfaten und Sulfiten reduziert.
- v) mindestens eine Injektionskammer, die mit Mitteln zum Injizieren von versprühtem Wasserstoffperoxid in Losung in das durchlaufende Gas zum Umwandeln des Schwefeldioxidrückstands in Schwefelsäure und zum Herstellen von Ammoniumsulfat;
- vi) mindestens einen zweiten elektrostatischen Abscheider zum Zurückhalten des Ammoniumsulfats;
- vii) ggf. mindestens eine mit Beutelfiltern versehene Filterkammer, welche mit eine hohe wirksame Oberfläche aufweisendem geeigneten Material ausgekleidet sind, um chemische Reaktionen in heterogener Phase in dem durchlaufenden Gas zu unterstützen und die Entfernung der Stickoxide aus demselben zu verbessern;
- viii) ein stromaufwärts des Schornsteins angeordnetes Saug- Preß-Gebläse, das bei niedrigerem Druck als dem der äußeren Umgebung arbeitet.
- Die Hauptvorteile der Erfindung bestehen in ihrer starken Herabsetzung des Ammoniakaustritts bis zu Werten unter 1 ppmV (part per million by volume - Teile auf eine Millionen durch Volumen) und der Entfernung von mehr als 99% des Schwefeldioxids.
- Es wird als vorteilhaft empfunden, die Erfindung durch eine Darstellung einer zur Realisierung derselben geeigneten Anlage und unter Bezugnahme auf Fig. 1 ausführlich zu beschreiben, die aufweist:
- * ein Gebläse 1, das das Gas aus einem Kessel (nicht gezeigt) ansaugt, in dem Kohle verbrannt wird;
- * ein Austauscher 2, in dem das Verbrennungsgas Temperaturen von 140ºC - 150ºC erreicht;
- * eine erste Kühlkammer 3, in der das Gas auf etwa 110ºC gekühlt wird durch einen kontinuierlichen Strahl von versprühtem Wasser 4, der durch eine Einheit 5 mit folgenden Bestandteilen erhalten wird: eine Quelle von Wasser 6 und Zerstäuber 7 unterstützt von Druckluft 8 (die offensichtlich eine verstellbare Strömungspumpe, ein Steuerventil, eine Strömungsmeßeinrichtung und Ventile aufweist, nicht gezeigt);
- * ein erster elektrostatischer Abscheider 9 zum Entfernen von bis zu 90% der Flugasche aus dem Gas;
- * eine zweite Kühlkammer 10, in der das Gas auf etwa 80ºC durch einen Strahl aus versprühtem Wasser 11 gekühlt wird, der mittels einer Einheit 12 erhalten wird, wobei diese auch eine Wasserguelle 6' und eine Druckluftquelle 8' aufweist;
- * eine Reaktionskammer 13, die durch eine Elektrodenstruktur ähnlich der eines elektrostatischen Abscheiders gebildet wird, die eine Reihe geerdeter paralleler Platten (nicht gezeigt) aufweist, welche eine Reihe Drähte 14 tragender Rahmen als Zwischenschicht aufweisen, welchen eine positive Impulsspannung von 70 bis 100 kV mit einer Wiederholungsfreguenz der Impulse, die in dem Bereich von 30 - 300 Impulsen pro Sekunde steuerbar ist, zugeführt wird, um dem Gas ausreichende Energie zum Entfernen des benotigten Prozentgehalts von Stickoxiden zu übertragen, wobei eine solche Reaktionskammer mit einem System 15 verbunden ist, das zum Zugeben von trockenem Ammoniak zu der Kammer geeignet ist und dafür eine Quelle von Ammoniak in Zylindern, geeignete Druckminderungseinrichtungen, ein Steuervenitl, "Ein-Aus"-Ventile, eine Einrichtung zum Erhitzen des Ammoniaks und eine Quelle von Druckluft zum Mischen des Ammoniaks aufweist;
- * eine Injektionskammer 16, die mit einer Quelle von Wasserstoffperoxid 17 und einer Quelle von Druckluft 18 in einer solchen Weise verbunden ist, daß durch eine Düse 19 versprühtes Wasserstoffperoxid 20 in die Reaktionskammer injiziert wird, um den Schwefeldioxidrückstand in Schwefelsäure umzuwandeln, die beim Reagieren mit dem Ammoniakrückstand Ammoniumsulfat erzeugt;
- * eine Einheit aus vier elektrostatischen Abscheidern 21, die die Ammoniaksalze, vor allem das in Folge der Entfernung der Oxidverunreinigungen gebildete Ammoniumsulfat, zurückhält;
- * eine Beutelfiltereinheit 22, die mit einem pneumatischen System 23 verbunden ist, welches zum Blasen von Diatomeerde auf die äußere Oberfläche der Filter geeignet ist, eine Druckluftquelle 25 zum Waschen des Gewebes 24;
- * ein Saug-Preß-Gebläse 26 ist in die Anlage stromaufwärts eines Schornsteins (nicht gezeigt) eingebaut;
- * ein Steuerzentrum 27 zum Steuern des Verlaufes des gesamten Vorgangs in der Anlage, insbesondere, in Übereinstimmung mit der Erfindung, zum Steuern der Temperatur des Gases in den Reaktionskammern 13 als eine Funktion der Geschwindigkeit der Gasströmung, der durch das Gas in den Kühlkammern erreichten Temperatur und zum Steuern der Menge des in die Injektionskammer zu injizierenden Wasserstoffperoxids.
Claims (1)
1. Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen aus einem
Verbrennungsgas, welches die Phasen umfaßt:
a) Ansaugen des Gases und Kühlen des Gases auf etwa 110ºC
mit versprühtem Wasser in mindestens einer Kühlkammer oder
in dem Gasströmungskanal,
b) Entfernen von bis zu ca. 90% der in dem Gas vorhandenen
Flugasche in mindestens einem ersten elektrostatischen
Abscheider,
c) weiteres Kühlen des Gases, um die Temperatur auf etwa
80ºC zu bringen,
d) in mindestens einer Reaktionskammer, in der trockenes
Ammoniak dem Gas zugefügt wird, gleichzeitiges Anregen des
Gases durch Spannungsimpulse derart, daß Radikale in dem
Gas erzeugt werden und als Folge die für die Entfernung
eines Teils der Stickoxide und Schwefeloxide erforderlichen
Radikal reaktionen ablaufen;
gekennzeichnet durch die nachfolgenden
Phasen:
Halten der Temperatur des Gases in der mindestens einen
Reaktionskammer bei etwa 100ºC, um die thermochemische
Umwandlung von Schwefeldioxid in teilweise saure Sulfite und
Sulfate zu reduzieren, und Injizieren einer Lösung von
Wasserstoffperoxid in das Gas in mindestens einer
Injektionskammer, um den Schwefeldioxidrückstand in Schwefelsäure
umzuwandeln, die mit dem Ammoniak zur Bildung von
Ammoniumsulfat reagiert, wobei die Konzentration von
Wasserstoffperoxid in den Rauchgasen im Bereich des 0,7-fachen der
Konzentration des am Einlaß der Anlage vorhandenen SO&sub2;
bleibt, und anschließendes Zurückhalten des Ammoniumsulfats
in mindestens einem zweiten elektrostatischen Abscheider
und ggf. in mindestens einer Filtrationskammer, die mit
geeigneten Filtern versehen ist, zur Bewirkung von chemischen
Reaktionen in heterogener Phase, um die Entfernung von
Stickoxiden zu verbessern.
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